Brevet FR2320792A1 — publié le 19770311

Tfi présente invention concerne le domaine du laminage et a notamment pour objet un laminoir à tubes à froid à pas de pélerin. On connaSt un laminoir à tubes à froid à pas de pèlerin, comprenant une cage à cylindres avec un bâti mobile dans lequel sont montées successivement deux paires de cylindres entre lesquelles la distance reste fixe Les cylindres de chaque paire sont animés d'un mouvement de rotation résultat du roulement de pignons moteurs sur des crémaillères communes aux paires de cylindres d'entrée et de sortie. Dans la cage de ce laminoir, la paire de cylindres d'entrée n'assure que la réduction du tube en diamètre, tandis que la paire de sortie n'assure que la réduction de la paroi du tube sur un mandrin cylindrique (voir le brevet allemand nO -604 909, cl. 7a, 16, loi). Un tel laminoir avec une cage à deux paires de cylindres pré sente une série d'inconvénients. Comme on le sait, pour diminuer le glissement du cylindre sur le métal à laminer, il faut que le rayon du pignon moteur du cylindre soit proche du rayon moyen de roulage du cylindre. Dans le cas de deux paires de cylindres successives, les rayons moyens de roulage des cylindres des paires d'entrée et de sortie sont différents. Or, il s'avère impossible de monter, sur les paires de cylindres d'entrée et de sortie, des pignons moteurs de dimensions différentes, correspondant aux rayons moyens de roulage de ces paires. L'engrènement se faisant sur une crémaillère commune, les distances entre les axes des cylindres des paires d'entrée et de sortie et la crémaillère sont les mêmes, aussi les rayons des pignons moteurs doivent-ils eux-aussi être les mêmes. De la sorte, la conception de la cage connue ne permet pas d'utiliser, dans chaque paire de cylindres, des pignons moteurs dont les rayons correspondent aux rayons moyens de roulage des cylindres de ces paires. Le désaccord entre les rayons des pignons et les rayons moyens de roulage des cylindres provoque une augmentation du glissement des cylindres sur le métal à laminer, abaisse la tenue des cylindres, accord fortement les poussées axiles dans l'ébauche et rend impossible le laminage de tubes minces, car leur paroi cède sous l'action des fortes poussées axiales. Dans le cas de montage de deux paires de cylindres success ves dans une même cage, il faut que les orifices d'avance dt les orifices de rotation des dea paires s'ouvrent et se ferment simultanément, c 'est-à-dire que les deux paires de cylindres commencent et achèvent simultanément leur action sur le métal. Dans le cas contraire, la mise en accord du fonctionnement des mécanismes d'avance et de rotation de l'ébauche avec le fonctionnement de la cage se complique et l'action des cylindres sur l'ébauche ne s'effectue pas en synchronisme.Il peut en résulter que le moment d'avance ou de rotation ne coïncide pas avec la course à vide de l'une des paires de cylindres, et l'action des cylindres sur le métal à laminer au début ou à la fin de la course s'oppose à l'avance ou à la rotation de l'ébauche. En outre, l'action non synchronisée des cylindres perturbe le régime de déformation. La crémaillère commune pour les pignons moteurs des deux paires de cylindres rend impossible le réglage des cylindres en vue de la mise en accord de leurs positions. Pour l'exécution d'un tel réglage il faut mettre à la position voulue une paire de cylindres, puis virer les cylindres de la seconde paire jusqu'à mise en accord de la position de leurs éléments avec la position des éléments des cylindres de la première paire. Toutefois, le virage de réglage des cylindres, même s'il ne s'effectue que sur une seule dent du pignon moteur, provoque un déplacement des cylindres plus grand que celui nécessité par le réglage. L'impossibilité de modifier la distance entre les paires de cylindres d'entrée et de sortie ne permet pas de régler le rapport des déformations de l'ébauche dans les paires de cylindres d'entrée et de sortie. Il en résulte que le rapport des déformations peut différer du rapport.optimal pour des conditions de laminage concrètes, ce qui peut provoquer la surcharge d'une des paires de cylindres et abaisser les déformations admissibles et la qualité des tubes. Dans la cage du laminoir connu, la réduction de l'ébauche en diamètre ne s'effectue que dans la paire de cylindres d'entréé, la paire de cylindres de sortie n'assurant que la réduction de l'ébauche en épaisseur de paroi, sur un mandrin cylindrique. Une telle distribution des déformations entre les paires de cylindres d'entrée et de sortie nuit considérablement aux performances technologiques du laminage. Quand le tube est réduit en diamètre sans réduction simultanée de son épaisseur de paroi, la valeur de la réduction est notablement restreinte, par suite de l'apparition de plis, fissures et autres défauts sur la surface intérieure du tube. Une telle séquence des déformations nuit à la qualité de la surface intérieure des tubes, car les défauts se formant lors de la réduction du tube en diamètre par la paire de cylindres d'entrée ne sont pas éliminés lors de la réduction de l'épaisseur de paroi par la paire de sortie. En outre, l'état de contrainte défavorable dans lequel le métal se trouve lors de sa réduction séparée en diamètre et en épaisseur de paroi, augmente la résistance à la déformation du métal à laminer et abaisse sa plasticité, ce qui se traduit par un abaissement des déformations admissibles à chaque cycle de laminage et, en définitive, diminue fortement l'effet de la mise en oeuvre d'une seconde paire de cylindre. La réalisation du laminage avec réduction simultanée de l'ébauche en diamètre et en épaisseur de paroi dans chaque paire de cylindre supprimerait dans une large mesure ces inconvénients, mais, pour cela, il faudrait que les cylindres de chaque paire puissent être réglés séparément avec plus de précision et que les dimensions des pignons moteurs correspondent aux rayons moyens de roulage des cylindres dans les paires d'entrée et de sortie, ce qui, comme on l'a indiqué plus haut, ne peut outre réalisé ans la cage du laminoir connu. Ces deniers temps, pour accrottre le rendement des laminoirs à tubes à froid à pas de pèlerin, on a créé des laminoirs à course accrue de la cage à cylindres (laminoirs KPW-WR de la firme Mannesman-Meyer). L'augmentation de la course de lange à cylindres et, par conséquent, du foyer des déformations, permet d'augmenter la déformation par cycle de laminage et, en définitive, d'accroître le débit du laminoir. Toutefois, l'augmentation de la course de la cage à cylindres implique l'augmentation du rayon de la manivelle, ce qui provoque l'augmentation des forces d'inertie et du couple d'inertie des masses en mouvement, qui, pour être surmontés, requièrent l'accroissement de la puissance du moteur, le renforcement des bielles, le recours à des dispositifs d'équilibrage spéciaux, etc. De la sorte, l'accroissement du débit du laminoir par augmentation de la course de sa cage à cylindres nécessite d'importantes modifications dans la conception des organes, ce qui entrasse l'augmentation des frais, tant pour la fabrication des laminoirs que pour leur utilisation. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués, On s'est nnc proposé de créer un laminoir à tubes à froid à pas de pèlerin, dans lequel la commande des cylindres de la cage serait modifiée de telle façon que chaque paire de cylindres puisse réaliser simultanément la réduction en diamètre et en épaisseur de paroi de l'ébauche laminée sur un mandrin conique commun, ce qui permettrait d'aceroStre le débit du laminoir sans augmentation de la puissance de sa commande, ainsi que d'améliorer la qualité des tubes. La solution consiste en un laminoir à tabes à froid à pas de pèlerin, comprenant un bâti fixe, au moins une crémaillère principale de commande de rotation des cylindres, des guidages sur lesquels est montée une cage à cylindres qui est liée par un système manivelles-bielles à la commande principale du laminoir et comporte deux paires de cylindres successives, chacune desquelles possède au moins un pignon moteur, ainsi qu'un mécanisme de présentation lié cinématiquement à la commande principale, laminoir dans lequel, d'après l'invention, est montée sur le bâti au moins une crémaillère auxiliaims engrenée avec le pignon moteur d'une seule des paires de cylindres, le pignon moteur de 17attre pars tte cylindres étant engrenée seulement avec la crémaillère principale. Une telle solution constructive permet de monter sur les paires de cylindres d'entrée et de sortie des pignons de diamètres différents et de régler la position des cylindres de chaque paire Il est avantageux, pour la mise en accord des positions àes cylindres de la paire d'entrée et de la paire de sortie, ainsi que pour assurer un engrènement correct des pignons moteurs avec les crémaillères, de monter celles-ci de façon qu'il soit possible de modifier indépendamment la position de chaque crémaillère en hauteur et le long de l'axe de laminage, ce qui permettra d'accroitre le débit du laminoir et d'améliorer la qualité des tubes fabriqués. Il est avantageux aussi, pour rendre possible le réglage de la distribution des déformations de l'ébauche entre les paires de cylindres d'entrée et de sortie, de monter ces paires dans la cage à cylindres de façon qu'il soit possible de modifier la distance entre elles, ce qui permettra de distribuer d'une manière optimale la déformation de l'ébauche entre les paires de cylindres et, par cel-même, d'accroStre le débit du laminoir. Graee à l'invention, on obtient un laminoir à tubes à froid à pas de pèlerin permettant d'exécuter le laminage avec des poussées axiales minimales dans ltébauche, la différence de diamètre entre l'ébauche et le tube fini étant de 1,5 à 2 fois plus grande que dans les laminoirs modernes de conception connues ce qui accroît le débit du laminoir, améliore la qualité des tubes, diminue le coefficient de consommation du métal et abaisse notablement le prix de revient des tubes finis. L'indépendance des systèmes pignons-crémaillères actionnant les paires de cylindres d'entrée et de sortie permet d'employer dans chaque paire de cylindres des pignons moteurs de diamètres différents. En choisissant le diamètre du pignon moteur de chaque paire de cylindres en accord avec le rayon moyen de roulage des cylindres de cette paire, on peut réduire gu minimum le glissement du cylindre sur le métal à laminer et diminuer l'usure du cylindre et les poussées axiales dans l'ébauche. La possibilité de déplacer indépendamment les cremaillères le long du laminoir permet d'obtenir au réglage une mise en concordance précise des calibrages des paires d'entrée et de sortie, et par conséquent, d'assurer la simultanéité du commencement et de la fin de l'action des cylindres des paires d'entrée et de sortie sur l'Sbauche à laminer. Ta possibilité de modifier la distance entre les paires de cylindres d'entrée et de sortie, permet d'assurer, lors du laminage sur un mandrin conique, une distribution optimale des déformations-entre les paires de cylindres d'entrée et de sortie, quelles que soient les conditions concrètedu laminage et par conséquent, d'éviterles surcharges, ainsi que l'abaissement des déformations admissibles et de la qualité des tubes finis. De la sorte, le laminoir proposé, à deux paires de cylindres successives, ne présente pas les inconvénients constructifs énumérés du laminoir connu et permet de réaliser le laminage des tubes avec réduction simultanée en diamètre et en épaisseur de paroi, aussi bien dans la-paire de cylindres d'entrée que dans celle de sortie. Plus loin, l'invention est expliquée par la description d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un laminoir à tubes à froid à pas de pèlerin, conforme à l'invention (vue de côté) ; - la figure 2 idem, vue de dessus, - la figure 3, représente la cage à cylindres du laminoir, (vue de côté) ; - la figure 4 représente la cage à cylindres du laminoir avec les crémaillères (vue de dessus - la figure 5 représente une vue en coupe suivant V-V de la figure 3 - la figure 6 représente une vue en coupe suivant VI-VI de la figure 4 ; - la figure 7 représente une vue en coupe suivant VII VII de la figure 4 - la figure 8 représente le schéma de laminage d'un tube sur un mandrin conique commun par deux paires de cylindres. Le laminoir à tubes à froid à pas de pèlerin, représenté sur les figures 1 et 2, comprend une cage mobile à cylindres 1 montée sur les guidages 2 d'un bdti fixe 3 et reliée par des bielles 4 au mécanisme à manivelle 5 de la commande principale 6. Ia commande principale 6 est liée cinématiquement par un arbre (non représenté) au mécanisme de présentation 7, lequel est lié à l'aide de channes cinématiques (non représentées), d'une manière connue (cette liaison n'est pas représentée), au mandrin 8 de serrage de l'ébauche, au mandrin 9 de serrage de la barre porte-mandrin et au mandrin 10 de serrage du tube. Ia cage mobile 1 à cylindres comprend un bâti il (figures 3 et 5) avec deux montants verticaux 12 (figure 3). Dans les ouvertures entre les montants verticaux 12 sont montées deux paires d'empoises inférieures 13 (figures3, 5) et deux paires d'empoises supérieures 14. Sur les montants verticaux 12 est fixée une traverse 15 au moyen de goujons 16 (figure 3) avec des écrous 17 et par des tirants 18 avec des écrous 19. Les tirants 18 sont fixés dans le btti il à l'aide de goupilles 20. Ba traverse 15 a des saillies 21 (figures 4, 6) qui, à l'aide de coins 22, la maintiennent en position sur les montants verticaux 12 du btti il. Dans les empoises inférieures 13 et dans les empoises supérieures 14 sont montés, à l'aide de coussinets (non représentés sur les dessins), les cylindres inférieurs 23 (figure 5) et les cylindres supérieurs 24 qvec des calibrages 25 à section variable. Les déplacements des empoises inférieurs 13 et des empoises supérieures 14 le long de l'axe des cylindres 23 et 24 sont interdits par des plaque26 (figure 3) fixées au btti 11 et à la traverse 15. Les cylindres inférieurs 23 ont des tourillons allongés 27 (figure 5) sur lesquels sont calés des pignons d'accouplement 28. Les cylindres supérieurs 24 ont des tourillons allonges 29 sur lesquels sont ealés des pignons d'accouplement 28a, qui sont engrenés avec les pignons d'accouplement 28 des cylindres inférieurs 23, et des pignons moteurs 30 et 31 (figures 4 5) qui sont respectivement engrenés avec les crémaillères 32 et 32a. Pour assurer l'indépendance des systèmes pignons-crémaillères entraînant les paires de cylindres 23, 24 d'entrée et de sortie, sur l'un des cylindres supérieurs 24 les pignons moteurs 31 sont calés avec un écartement entre eux plus grand (comme montré sur la figure 4) que 1' écartement des pignons moteurs 30, la différence étant suffisante pour que les crémaillères 32, engrenées avec les pignons moteurs 30, et les crémaillères 32a, engrenées avec les pignons 31, se trouvent côte à côte, sans contact entre elles. Les crémaillères 32 et 32a sont montées dans un guidage commun 33 (figures 4, 7) de façon qu'il soit possible de régler leur position en hauteur à l'aide de cales interchangeables 34 (figure 7) et le long de l'axe du laminoir, à l'aide de vis 35 (figure 4). Le blocage des crémaillères 32 et 32a s'effectue à l'aide de lardons 36 (figures 4, 7) -et de vis 37. Pour le réglage de l'entrefer des cylindres 23 et 24 (figure 5), chacune des paires de cylindres est dotée de mécanismes de serrage individuels, constitués par un coin 38 (figure 3) situé entre la traverse 15 et les empoises supérieures 14, et par une-vis de serrage 39. la distance entre les paires de cylindres 23, 24 d'entrée et de sortie est réglable. Sur la figure3 est montrée l'une des variates possibles de réglage. Entre les empoises 13, 14 des paires de cylindres d'entrée et de sortie sont interposées des cales interchangeables 40. le serrage des cales 40 est rélisé à l'aide de coins 41 placés entre les montats verticaux 12 du b*S 11 et les empoises 13 et 14 de l'une des paires de cylindres 23, 24. Pour préparer la cage 1 au travail, il faut monter sur les cylindres supérieurs 24 des paires d'entrée et de sortie, des pignons moteurs 30 et 31 dont les rayons correspondent aux rayons moyens de roulage des cylindres de ces paires, mettre au niveau voulu les crémaillères 32 et 32a à l'aide des cales 34 et assurer un engrènesent correct entre ces crémalllères et les pignons moteurs 30 et 31 ; ensuite, en déplaçant les crémaillères 32 et 32a le long du laminoir, à l'aide des vis 35, il faut mettre en accord les positions des cylindres 23, 24 des paires d'entrée et de sortie. La préparation des autres organes du laminoir s'effectue comme dans les laminoirs connus. Quand le lanimir est en marche, sa commande principale 6 anime la cage 1 d'un mouvement rectiligne alternatif à l'aide du mécanisme à manivelles 5 et des bielles 4. En roulant sur les crémaillères 32 et 32a, les pignons moteurs 30 et 31 font tourner les cylindres 23 et 24 des paires d'entrée et de sortie. Aux positions extrêmes de la cage 1, lorsque les cylindres 23 et 24 présentent l'orifice d'avance ou de rotation, le mécanisme de présentation 7 assure d'une manière connue l'avance ou la rotation de l'ébauche 42 (figure 8). Chaque portion de l'ébauche 42 arrivée au foyer de déformation y est simultanément réduite en diamètre et en épaisseur de paroi sur le mandrin conique commun, d'abord par la paire de cylindres 23, 24 d'entrée, puis par la paire de cylindres 23, 24 de sortie. Le rapport des déformations de l'ébauche obtenues dans les paires de cylindres 23, 24 d'entrée et de sortie dépend de facteurs qui sont variables dans les fabrications : de l'-épaisseur de paroi de l'ébauche, de l'épaisseur de paroi du tube fini, des propriétés du métal à laminer, de l'usure de l'outillage (qui n'est pas la même dans les deux paires de cylindres), etc. Crest pourquoi il est nécessaire de régler la valeur des déformations des ébauches dans les paires de cylindres 23, 24. Un tel réglage s'effectue en modifiant la distance entre les paires de cylindres, c'est-à-dire en déplaçant-la paire de cylindres 23, 24 d'entrée et en laissant dans la même position la paire de cylindres 23, 24 de sortie (de finition) et le mandrin 43, cette position déterminant ltépaisseurfinale de la paroi du tube. Le déplacement de la paire de cylindres 23, 24 d'entrée dans le sens de laminage, c'est-à-dire dans le sens de décroissance du diamètre du mandrin, se traduit par une diminution de la déformation de l'ébauche 42 dans cette paire de cylindres 23, 24 et, par conséquent, par une augmentation de la déformation de l'ébauche 42 dans la paire de cylindres 23, 24 de sortie, car la déformation totale de l'ébauche 42 reste inchangée. Si la paire de cylindres 23, 24 d'entrée est déplacée en sens inverse, la déformation de l'ébauche 42 dans la paire de cylindres d'entrée augmente, tandis qu'elle diminue dans la paire de sortie. Le déplacement de la paire de cylindres 23, 24 d'entrée s'obtint en déplaçant verticalement les coins 41. Un tel déplacement des coins 41 provoque un déplacement horizontal des empoises 13, 14 et des cylindres 23, 24 ; en accord avec ce déplacement, il faut interposer entre les empoises 13, 14 des cylindres 23, 24 des paires d'entrée et de sortie une cale 40 d'une autre épaisseur. Lors du changement de la distance entre les paires de cylindres, les cylindres 23, 24 de la paire d'entrée tournent d'un certain angle, car leurs pignons moteurs 30 roulent sur les crémaillères 32. Pour remettre les cylindres 23, 24 de la paire d'entrée à leur position angulaSm initiale, il faut déplacer les crémaillères 32 le long de l'axe de laminage, à laide des vis 35. Le réglage de l'entrefer dans chaque paire de cylindres 23, 24 à la valeur prescrite, s'effectue séparément à l'aide des coins 38 et des vis 39. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équîialents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. laminoir à tubes à froid à pas de pèlerin, du type comprenant un bSti fixe, au moins une crémaillère principale de commande de rotation des cylindres du laminoir, des guidages sur lesquels est montée une cage à cylindres liée par un système manivelles-bielles à la commande principale du laminoir et comportant deux paires de cylindres successives, chacune desquelles possède au moins un pignon moteur, ainsi qu'un mécanisme de présentation lié cinématiquement à la commande principale, caractérisé en ce que sur le bati du laminoir est montée au moins une crémaillère auxiliaire engrenée avec le pignon moteur d'une seule des deux paires de cylindres, le pignon moteur de l'autre paire de cylindres étent engrenée seulement avec la crémaillère principale. 2. laminoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour la mise en accord des positions respectives des cylindres de la paire de cylindres d'entrée et de ceux de la paire de cylindres de sortie, ainsi que pour assurer un engrènement correct des pignons moteurs avec les crémaillères, celles-ci sont montées de façon qu'il soit possible de modifier indépendamment la position de chaque crémaillère en hauteur et le long de l'axe de laminage. 3. laminoir selon lune des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, pour rendre possible le réglage de la distribution des déformations de l'ébauche entre les paires de cylindres d'entrée et de sortie, lesdites paires de cylindres sont montées dans la cage à cylindres de façon qu'il soit possible de modifier la distance entre elles.