Brevet FR2348757A1 — publié le 19771118

l'invention a pour objet un procédé et une installation de fabrication de fils métalliques. Â partir de métaux relativement ductiles, tels que le cuivre et les métaux précieux par exemple, on fabrique des fils par extrusion d'un lingot dans une presse à filer. Cette extrusion est faite par des méthodes classiques, en filage direct ou inverse, mais on est limité dans le diamètre des filières employées, et on est parfois obligé de réduire le diamètre des fils après le filage. Dans certains cas, le fil produit par la presse est stocké, soit en longueur droite, soit en bobines, et est repris sur une ou plusieurs tréfileuses qui diminuent progressivement le diamètre en faisant passer le fil à travers des filières de diamètre de plus réduit0 les deux opérations sont séparées, et ne sont donc pas très rapides. En outre, le fil doit être stocké provisoirement entre les deux opérations. On a également proposé de réduire le diamètre du fil dès la sortie de la presse à filer en 1, enroulant sur un rouleau qui le soumet à une traction; les conditions thermiques et métallurgiques du fil sont telles que la traction qui s'exerce provoque un allongemment, donc une striction qui permet de réduire le diamètre du fil, Ce procédé ntest applicable en principe qu'à des alliages ou métaux très ductibles, notamment de métaux précieux, En outre, pour obtenir une striction appréciable, il est nécessaire d'exercer une traction sur une longueur relativement importante de fil. L'invention remédie à ces inconvd et a pour objet un nouveau procédé applicable à des métaux ou alliages moins ductiles, tels que le laiton par exemple. Selon l'invention, la réduction de diamètre du fil est effectuée au moyen d'un effet combiné dXécrasement et d' étirage par passage du fiE à l'intérieur d'au moins une paire de rouleaux dont la pression de serrage et la vitesse de rotation sont réglées de façon que le fil soit entrainé entre lesdits rouleaux à une vitesse de défilement supérieure à la vitesse de filage à la sortie de la presse. Dans un mode de mise en oeuvre plus perfectionné, on effectue une réduction progressive du diamètre par passage du fil successivement dans une pluralité de paires de rouleaux espacées les unes des autres, et l'on règle individuellement la pression de serrage et la vitesse de rotation des rouleaux de chaque paire de façon que la vitesse de défilement déterminée dans chaque paire soit supérieure à la vitesse de défilement déterminée en amont . L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé comprenant, en aval d'une presse à filer, au moins une paire de rouleaux dtentrainement du fil, et un moyen de réglage de la pression de serrage et de la vitesse de rotation des rouleaux. L'invention va maintenant store décrite en se référant à un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés. La figure 1 est un schéma dune installation selon l'inven- tion. Les figures 2 et 3 sont des coupes suivant II II et suivant III III de la figure 1. La figure 4 est un schéma d'une variante de l'installation. La figure 5 représente, à échelle agrandie, une section de l t installation. La figure 6 est un schéma fonctionnel d'asservissement d'une section de l'installation. Sur la figure 1, on a représenté le conteneur 1-dtune presse à filer à l'intérieur duquel est placé un lingot 10. Un fon- loir Il pénétrant dans le conteneur, pousse le lingot 10 vers une filière 12 et produit un fil 2 par extrusion à travers la filière. A une certaine distance de la sortie de la filière, est placée une paire de rouleaux 3 analogue à des rouleaux de laminage et séparés l'un de l'autre par un espace dans lequel passe le fil 2. Les rouleaux 3 sont entraînés en rotation à des vitesses synchro nisées. La figure 2 montre un exemple d'entrainement au moyen dXun moteur 4 par l'intermédiaire d'une boite de vitesse 40 à deux arbres de sortie entraînant chacun un rouleau par l'intermédiaire dtarbres reliés par des cardans. D'autre part un vérin 5 permet de régler l'écartement des rouleaux et la pression qu'ils exercent sur le fil 2. A une certaine distance des rouleaux 3 est placée une seconde paire de rouleaux 31 qui, de façon analogue, sont entrainés par un moteur et une boite de vitesse, la distance de leurs axes étant réglée par des vérins. On peut placer à la suite l'une de l'autre un certain nombre de paires de rouleaux. Sur la figure, on a représenté seulement une troisième paire de rouleaux 32, ettà la sortie des rouleaux, le fil est enroulé par une bobineuse 6 entrainée par un moteur 60 (fig 3). La vitesse de sortie du fil 2 de la filière 12 dépend de la vitesse de déplacement du fouloir 11. Selon l'invention, les rouleaux 3 exereent sur le fil 2 une pression suffisante pour llentrniner à une vitesse supérieure à la vitesse de sortie de la filière 12, cette vitesse d'entrainement étant obtenue par réglage de la vitesse de rotation des rouleaux 3 au moyen du moteur 4. Le fil étant retenu par le lingot 10 et la filière 12, la différence entre la vitesse d'entrainement dans les rouleaux 3 et la vitesse de sortie de la filière 12 provoque un effort de traction sur le fil et une légère réduction de son diamètre par striction. La valeur de la réduction de section dépend évidemment de l'effort de traction ruais également de la distance Â entre la filière et les axes des rouleaux 3. En effet, la réduction de la section demande un certain temps qui dépend de la vitesse d'écoulement du métal, elle-mOrne fonction de la grosseur dn grain, ctestdire de la nature du métal, et de la température à la sortie de la filière. Compte tenu de ces données de départ, il est possible de calculer la réduction d'épaisseur que l'on peut obtenir par striction en fonction de la distance Â et de la différence des vitesses de défilement. Entre les rouleaux 3, le fil 2 peut également supporter une réduction de section par écrasement, et la section du fil 21 sortant des rouleaux 3 est donc plus faible que celle du fil 2 en amont des rouleaux 3, la différence de section étant la somme de la réduction obtenue par striction sur la distance A et de l'écrasement effectué par les rouleaux 3. Ces efforts de striction et d'écrasement amènent également une élévation de température qui compense le refroidissement du fil après la sortie de la filière. C'est pourquoi, la température du fil 21 à la sortie des rouleaux 3 peut être différente de la temp6- rature à la sortie de la filière 12. Les rouleaux 31 se trouvent à une distance B des rouleaux 3. Eux-mOrnes exercent sur le fil 21, au moyen des dispositifs 51, une pression qui permet d'entratner le fil à une vitesse qui dépend de la vitesse de rotation produite par le moteur 41. Comme précédemment, cette vitesse de rotation est réglée de façon à déterminer une vitesse de défilement entre les rouleaux 31 supérieure à la vitesse de défilement entre les rouleaux 3. En raison de cette différence de vitesse, les rouleaux 31 exercent sur le fil 21 un effort de traction qui peut amener une réduction de section par striction, la valeur de cette réduction de section dépendant en particulier de la longueur B, et de la vitesse de défilement. Comme précédemment, les rouleaux 31 peuvent également effectuer une réduction de section par écrasement du fil. On peut ainsi faire passer le fil dans un certain nombre de paires de rouleaux dont la vitesse de rotation croit d'une paire à la salivante, de façon à amener progressivement une réduction de section. Sur la figure, on a seulement représenté une troisième paire de rouleaux 32 effectuant une traction sur une section C du fil. I1 est également possible d'ajouter sur la section du fil entre deux paires de rouleaux consécutives un dispositif intervenant sur l'effort de traction, par exemple un galet tendeur 7 s'appuyant sur le fil 22. Enfin, à la sortie de la dernière paire de rouleaux se trouve une bobineuse, par exemple un rouleau 6 entrain par un moteur 60, l'axe du rouleau 6 se trouvant à une distance I > des derniers rouleaux 32. Sur chaque section de fil A, B, C, D, on peut également régler la température du fil, par exemple en le faisant passer dans un tunnel 8 qui peut être chauffé ou refroidi, de façon à eontrdler la température du fil à la température désirée. L1installation que l'on vient de décrire permet ainsi de réduire progressivement la section du fil et donne les moyens de régler séparément, sur chaque section, la température du fil, la vitesse de défilement, l'effort de traction et l'effort d'écrasement exercé par les rouleaux. Si l'on appelle section opérative l'ensemble comprenant une section du fil entre deux rouleaux, par exemple Â, B, C ou D et la paire de rouleaux d'entratnement placé en aval de cette section, il est possible de réaliser un dispositif d'asservissement permettant, en agissant sur les différents paramètres, de rgler en continu le taux dtdtirage du fil sur la section considérée pour le maintenir à une valeur désirée. La figure 6 donne un exemple de principe du schéma fonctionnel de l'asservissement d'une section opérative avec une boucle de retour et l'emploi d'un calculateur. On a choisi une deu zième section opérative représentée figure 5 et comprenant une section de fil 21 de longueur B et la pare de rouleaux 31. Sur la figure 6, la partie P1 symbolise le système d'asservis- sement et la partie P2 le système de calcul de la grandeur asservie pour contr8ler la réduction de diamètre dans la section opérative considérée. On y trouve donc unealculateur 90 dans lequel on introduit des paramètres constants Pf ... Pn, ainsi que des grandeurs gi ... gn pouvant provenir de mesures dans les sections opératives précédentes. Dans la partie PI, le rectangle 92 symbolise l'ensemble de la section opérative y compris le mécanisme d'entraînement des roileaux et le système de régulation qui comprendra par exemple un régalateur de vitesse du moteur d'entrainement 4. En fonction des paramètres Pt .. Pn et des grandeurs d'entrée g1 ... gn, le calculateur 90 calcule une grandeur e représentative de la grandeur sur laquelle on agit pour régler le taux d'étirage dans la section opérative considérée. Ainsi e peut outre une tension proportionnelle à la vitesse de rotation des rouleaux 31.Dans la section opérative, symbolisée par le rectangle 92, la valeur réelle s de la grandeur asservie, par exemple la vitesse de rotation des rouleaux, est mesurée et est traduite par un dispositif 93 en une grandeur s compatible avec la grandeur e calculée, les deux grandeurs e et t étant affichées è 11 entrée d'un coiparateur 91 qui en effectue la différence et fournit une grandeur E = e - s' de pilotage du sécanisue asservi de façon i ramener la valeur mesurée à la valeur calculée. D'autre part la grandeur s mesurée * introduite dans le système d'asservissement de la section opérative suivante puisque la vitesse de rotation des rouleaux permettant d'obtenir un étirage dépend de la vitesse des rouleaux précédents. Comme on l'a indiqué, il est possible d'agir séparément sur plusieurs paramètres, la valeur de chacun étant asservie à une valeur calculée, au moyen d'une boucle de régulation telle que celle que lton vient de décrire. le système d'asservissement qui vient d'outre décrit est simple et classique, mais cet exemple n'est évidemment pas limitatif. À la limite, le contrôle de l'étirage pourrait se faire manuellement. L'installation selon l'invention permet ainsi d'effectuer une réduction très progressive du diamètre du fil, en contrôlant parfaitement, sur chaque section opérative, les paramètres déterminant les réductions d'épaisseur dues à l'étirage et éventuellement à l'é- crasement. On peut ainsi obtenir une excellente qualité du métal.On notera qu'en combinant l'effet d'écrasement avec l'effet de striction on sollicite toutes les fibres du métal0 De plus, alors que les procédés par étirage seul ne sont nor- salement utilisables que sur les métaux très ductiles, tels que loi alliages de métaux précieux, on obtient grtce i 1' invention une progressivité de la réduction de diamètre qui permet d'appliquer le procédé à des métaux tels que le laiton. D'autre part, lorsqu'on fait seulement un étirage au moyen d'une bobineuse placée à la sortie de la presee-d filer, on est obligé de travailler sur une longueur de fil relativement importante pour obtenir une réduction de diamètre appréciable, et à la fin du filage, la dernière longueur de fil, non soumise à une tractich, ne respecte pas les dimensions recherchées. Dans l'installation selon l'invention, étant donné que l'effet de réduction de section est réparti sur un certain nombre de paires de rouleaux, il est possible d'agir sur les réglages de réduction d'épaisseur des diffdren- tes paires de rouleaux dans lesquels passe le fil successivement pour compenser la réduction d'épaisseur non obtenue par la première section opérative, à la fin du filage. D'ailleurs, chaque section opérative n'effectuant qu'une faible réduction d'épaisseur, la perte est très inférieure L celle rencontrée dans le système à étirage direct et peut être facilement compensée dans les sections opératives suivantes. Bien entendu, lorsque le fil s de la dernière paire de rou leaux précédant la bobineuse, il ne subit pas non plus de réduction d'épaisseur par étirage puisqu'il n'jar a pas d'effort de retenue. Pour éviter cet inconvénient, on pourrait ne pas effectuer d'étirage dans la dernière section suivant la dernière paire de rouleaux. Si la bobineuse n'a pas de traction à effectuer sur le fil, on peut utiliser, au lieu d'un rouleau, une bobineuse à cuve classique, 61, comme on la représenté schématiquement sur la figure 2. La figure 2 représente une variante de l'installation sur laquelle des rouleaux de renvoi 35 ont été placés entre les paires de rouleaux 3, 31, 32, 33, qui déterminent les sections opdratives A, B, C, D, X. Avec la bobineuse représentée, la section E ne produit pas de réduction de diamètre. Les changements de direction du fil obtenus par ces galets de renvoi 35 permettent de grouper les appareils et de réduire l'en- combrement de l'ensemble de l'installation tout en conservant une grande longueur de fil entre la filière 12 et la bobineuse 6 ou 61. On pourra choisir une orientation du fil permettant de faciliter un traitement quelconque, par exemple le passage dans un bain de traitement chimique. D'autre part, certaina des rouleaux 35 peuvent btre montés déplaçables, par exemple, sur des vérins, ce qui permet de modifier la longueur de fil dans la section opérative C ou bien de contrtler la tension du fil, le rouleau de renvoi jouant alors le r8le du galet tendeur 7. L' invention ne se limite pas aux détails du iode de réalisation qui vient entre décrit et de sa variante. les dispositifs ont été représentés très schématiquement car on peut utiliser toute sorte de dispositions connues pour le laminage. il en est ainsi des organes permettant de contrôler la pression d'écrasement des rouleaux et leur vitesse de rotation. De moye, il existe différents types dtappareils de mesure de la température et de la section du fil 8 la sortie des rouleaux, ces appareils travaillant généralement au défilé et sans contact. Enfin, comme on l'a indiqué, on peut adapter à l'installation différents types de traitement thermique ou chimique connus effectués également au défilé. RBViNDIAXIONS 10/ Procédé de fabrication de fil métallique dans lequel le fil est produit par filage d'un lingot dans une presse puis soumis à un effort de traction assurant un tirage, caractérisé par le fait que l'on effectue une réduction du diamètre du fil au moyen d'un effet combiné d'écrasement et d'étirage par passage du fil à l'intérieur d'au moins une paire de rouleaux dont la pression de serrage et la vitesse de rotation sont réglés de façon que le fil soit entrainé entre lesdits rouleaux à une vitesse de défilement supérieure à la vitesse de filage à la sortie de la presse. 20/ Procédé de fabrication de fil métallique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lton effectue une réduction progressive du diamètre par passage du fil Buccessivement dans une pluralité de paires de rouleaux espacés les unes des autres et que lton règle individuellement la pression de serrage et la vi tesse de rotation des rouleaux de chaque paire de façon que la vi tesse de défilement déterminée dans chaque paire soit supérieure à la vitesse de défilement déterminée en amont. 30/ Procédé de fabrication de fil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'espacement des paires de rouleaux est déterminé en fonction du taux d'étirage désiré pour chaque section opérative de fil entre deux paires de rouleaux consécutives et de la vitesse d'écoulement du métal selon la nature de celui-ci et la température du fil dans la section considérée. 40/ Procédé de fabrication de fil selon ltune des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on contrOle le taux d'étirage de chaque section opérative de fil par réglage en continu de la pression de serrage et de la vitesse de rotation des rouleaux de la paire située en aval de ladite section opérative en tenant compte de la nature du métalde la température du filme la longueur de la section opérative et de la vitesse de défilement à l'amont de ladite section. 5 / Procédé de fabrication de fil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on règle la tension d'étirage du fil en contrôlant en continu la longueur de la section opérative de fil. 60/ Installation de fabrication de fil métallique par le procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend, en aval d'une presse à filer, au moins une et paire de rouleaux d'entrainement du fil,/ un moyen de réglage de la vitesse de rotation des rouleaux. 70/ Installation de fabrication de fil selon la revendication 6, caractérisée par le fait quelle comporte pour chaque section opérative de fil entre deux paires de rouleaux consécutives, une boucle de régulation du taux étirage comprenant des moyens de mesure de ltépaisseur, de la température et de la vitesse d'entrai- nement du fil un calculateur de la vitesse d'entrainement des rouleaux permettant d'obtenir le taux d'étirage souhaité en fonction des caractéristiques du fil, un comparateur de la vitesse mesure avec la vitesse calculée, et un moyen d'asservissement de la vitesse mesurée à la vitesse calculée. 8 / Installation de fabrication de fil selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend un moyen de réglage de la longueur d'une section opérative de fil. 90/ Installation de fabrication de fil selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée par le fait quelle comprend, au moins un galet de changement de direction du fil entre deux paires de rouleaux consécutives4 10/ Installation de fabrication de fil selon les revendications 8 et 9, caractérisé par le fait qu' elle comprend un moyen de réglage de la position du galet de changement de direction du fil constituant le moyen de réglage de la longueur de la section opérative, 11/ Installation de fabrication de fil selon la revendication 10 caractérisée par le fait qu'elle comprend un moyen de contrôle de la tension du fil par réglage de la position du galet de changement de direction.