Brevet FR2480150A1 — publié le 19811016

PROCEDE POUR ENROULER UN PRODUIT MHTALLURGIQUE SOUS FORME D'UNE BOBINE EN EQUILIBRE L'invention est relative à un procédé pour enrouler un produit métallurgique tel que bande, ruban, fil ou tube sous forme d'une bobine en équilibre sur elle-même, ctest-à-dire qui ne présente aucune tendance spontanée au serrage ou au desserrage en fin de bobinage. Avec les procédés habituels d'enroulement de bobines, on constate, pratiquement de façon constante, une tendance au serrage ou au desserrage de la bobine sur elle-même en fin de bobinage, ce qui a pour conséquence la production des rayures ou autres défauts superficiels par suite des frottements mutuels inter spires en fin de bobinage. De plus, la tendance spontanée au desserrage Impose un cerclage des bobines pour leur manipulation ultérieure et présente des dangers par déroulage brusque des dernières spires lors du décerclage. La tendance spontanée au serrage i1duit également à des difficultés d'extraction du mandrin enrouleur et même, dans le cas des tôles très minces, à l'affaiblissement des spires internesdela bobine (formation d'un coeur). La formation de micro-soudures des spires entre elles lors des traitez ments thermiques ultérieurs peut également résulter d'un serrage excessif de celles-ci. La méthode selon l'invention se propose de supprimer tous ces inconvénients ; elle consiste à imposer au produit, directement avant enroulage final en bobine, un précintrage avec un rayon de courbure inférieur ou et de même sens que celui de la spire de la bobine en cours de formation. Il a été constaté expérimentalement qu'il existe une certaine relation entre le rayon à l'équilibre (c'est-à-dire après retour élastique) de la spire de la bobine R2 et le rayon de courbure imposée au produit par le précintrage R1 qui est de la forme formule dans laquelle les paramètres A et B ne dépendent que de la nature du matériau et de son état métallurgique et Rc est un rayon critique défini par e étant l'épaisseur du produit (bande, ruban) ou son diamètre (fil,tube), E le module d'Young dans les conditions de bobinage et a0 la limite élastique du matériau dans-ces mêmes conditions. En première approximation, on peut prendre A = 3,5 et B = 1,5 mais la demanderesse a trouvé que ces valeurs doivent être ajustées expé- rimentalement pour obtenir une formule traduisant correctement le comportement du produit à bobiner, ces ajustements étant à la portée de lthonme de l'art. En effet, la formule t10 peut être écrite sous la forme y = Ax + B dans laquelle et et il suffit, luent, de deux essais pour déterminer les valeurs des paramètres A et B. Dans le cas où une contrainte longitudinale (aT) est imposée au produit au cours du bobinage et que celle-ci est importante vis-à-vis de la limite élastique du matériau, la relation peut être aménagée dans le sens d'une meilleure approximation par Le rayon R2 est en principe celui de la spire de la bobine en cours d'enroulement, ce qui impose sa variation continue ou discontinue en cas d'enroulements multispires ou multicouches superposées. Ceci peut être réalisé en pratique par asservissement à R2 de la tension (aT) et/ou rayon R1 suivant les for S lxs [1] et [2].Cependant, en pratique, il a été consta té que le rayon R2 peut être choisi constant et égal au rayon moyen de l'enroulement, soit R int. + R ext. ; dans ce cas, les spires internes ayant tendance à se desserer et les spires externes ayant tendance à se resserrer, la bobine est globalement en équilibre. Le précintrage avant enroulement peut être réalisé par tout moyen connu tel que galets, rouleaux, cylindres, etc... convenablement agencés. Il suffit que le dispositif de cintrage impose le rayon de courbure visé R1 au produit avant bobinage. La méthode est applicable à tous les matériaux qui ont une déforjnation caractérisée par un comportement élasto-plastique, en particulier, les métaux et alliages métalliques. Il s'applique aussi bien au bobinage à froid qu'à chaud, en tenant compte des caractéristiques du matériau qui varient avec la température (en particulier aO et E). EXEMPLES On a pris deux bandes d'aluminium (A5) et d'alliage d'M (3004) à deux états de traitement thermique et de diverses épaisseurs telles que reportées dans le tableau I ci-après. Celles-ci ont été enroulées à froid sur des mandrins de divers diamètres après précintrage dont les rayons étaient adoptés suivant la fonnule Z 23 sur le dispositif représenté à la figure 1. Les bandes ont été enroulées sous forme de bobine (5) sur un mandrin (2) après précintrage sur un rouleau (1) sur lequel la bande est appliquée sous l'effet du poids (3) à l'aide d'une poulie de renvoi (4). La valeur du poids a été choisie de manière que aT = valeur du poids/section transversale de la bande soit égale à 0,2 fois la limite élastique du mate- riau (ar = 0,2 o0). Les caractéristiques sont reportées au tableaujoint et les bobines~cbtenues sont effectivement en équilibre. TABLEAU ALLIAGE #O EPAISSEUR RAYON CRTTIQUE A B VALEUR DU RAYON DE PRECINTRAGE R1 (mm) pour obtenir Etat (MPa) (mm) (#) (##) (##) une spire en équilibre de rayon Rc (mm) R2 = 0,2m $2 = 0,5m R2 = 1m 3004 247 0,2 30 2,4 1,3 21 22 22 Recuit " 0,5 74 46 51 53 200 -2h " 1 148 72 96 103 " 5 740 (###) (###) 357 3004 288 0,2 26 20 20 21 Ecroui " 0,5 64 2,5 1,6 46 49 50 (H19) " 1 129 80 95 99 " 5 644 (###) 228 398 A5 79 0,2 93 4,2 2,0 56 61 63 " 0,5 232 104 140 151 " 2 463 234 280 Ecroui " 5 2317 (###) (###) (###) (#) avec E = 73000 MPa (##) Valeurs ajustées expérimentalement (###) Réalisation impossible dans les conditions opératoires utilisés.n La solution nécessite alors l'utili sation d'une traction de botinage #T plus élavée: #T > 0,2 #o REVENDICATIONS 1 /- Procédé pour enrouler un produit métallurgique sous forme d'une bobine en équilibre, caractérisé en ce que, directement avant le bobinage, on impose au produit un cintrage de rayon (RI) inférieur ou égal au rayon de bobinage (R2) et de même sens que ce dernier. 20/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que R1 et R2 sont liés sensiblement par la relation dans laquelle A, B sont des paramètres dépendant de la nature du matériau, de son état métallurgique et Rc dépendant en plus de son épaisseur ou diamètre. 30/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce -que R1 et h sont liés sensiblement par la relation 40/ - Procédé suivant l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que A = 3,5 et B = 1,5.