Brevet FR2477921A1 — publié le 19810918

Procédé de fabrication de poutrelles métalliques. La présente invention concerne le domaine de l'usinage des métaux par déformation et peut être appliquée pour élaborer, à partir de brames rectangulaires coulées en continu, des demi-produits employés pour fabriquer par laminage des poutrelles, notamment en I, de préférence à ailes larges. On connatt un procédé de fabrication de poutrelles à ailes larges (certificat d'auteur URSS n 174 160) dans lequel le demi-produit de départ est un demi-produit plat (brame) élaboré par coulée continue, qui est réduit en largeur, par exemple par une cage réversible universelle, de façon à obtenir une ébauche à profil en I. Toutefois, ce procédé ne peut être réalisé dans la pratique, par suite de l'irrégularité inadmissible de l'étirage des éléments de la poutrelle dans la cage réversible. On connaît aussi un procédé de réduction en largeur des brames, provenant de machines de coulée continue, après que celles-ci aient été tronçonnées en longueurs prédéterminées, et présentées à une presse hydraulique horizontale (brevet Etats-Unis nO 3 580 032, et recueil de NIIINFORMAJAZHMASH nO 1-74-28 "Les matériels de réduction pour la coulée continue de l'acier conjugué au laminage en URSS et à l'étranger"). Dans ce procédé, afin de limiter le changement transversal de forme de la brame durant sa forte réduction en largeur, la brame est serrée par des plaques de limitation. La presse réalisant ce procédé se compose de deux traverses disposées le long d'un transrouleur ; un vérin hydraulique, placé dans l'une des traverses, transmet l'effort à une frappe réglable, et une contre-frappe également réglable est placée sur la seconde traverse. Sur les tirants inférieurs et supérieurs de la presse est monté un mécanisme de remontée et descente des plaques de limitation. Cependant, le procédé indiqué et le dispositif pour le réaliser présentent un inconvénient important. Ia réduction de la brame en largeur, sans réduction simultanée en épaisseur, ne peut assurer l'obtention d'un profil de qualité aux dimensions prescrites pour les raisons suivantes - pour observer les conditions de laminage des poutrelles par des cages universelles avec des étirages égaux pour tous les éléments de la section du plat à laminer, il faut avoir un demi-produit présentant un rapport bien déterminé entre l'épaisseur de ses rebords et l'épaisseur de l'åme ; cette particularité fait qu'à partir d'une brame d'épaisseur constante on ne peut obtenir toute la gamme de dimensions optimales des demi-produits nécessaire pour produire un large assortiment de poutrelles à l'aide des laminoirs à poutrelles modernes ; de plus le changement de l'épaisseur de la brame de départ dans une large étendue est impossible en raison des conditions de fonctionnement des machines de coulée continue du quartier des convertisseurs; - l'élaboration de demi-produits à section en I ne refoulant que les champs de la brame, sans réduction dans la portion de l'Sme du demi-produit, est lié à la nécessité de former des rebords relativement massifs, réquerrant un nombre de passe accru quand un tél demiproduit est laminé par des cages universelles - le refoulement par la presse uniquement des champs de la trame provoque une altération supplémentaire du profil aux extrémités du demi-produit, en augmentant de ce fait les déchets de métal et en abaissant le rendement en laminés sains - le procédé indiqué ci-dessus implique le refoulement de portions en porte-à-faux relativement grandes de la brame, ce qui provoque leur flambage et aboutit à l'élaboration d'un profil asymétrique. On s'est proposé de modifier le mode d'usinage par déformation de la brame de départ à section rectangulaire, de façon à exclure les défauts apparaissant lors du laminage des produits à section en I, tout en abaissant les dépenses d'énergie pour la réalisation du processus et en améliorant la qualité des poutrelles I obtenues. le procédé selon l'invention consiste à fabriquer les poutrelles I à partir de brames à section rectangulaire, par formage des ailes et de l'ame, et il est caractérisé en ce que, l'åme de la poutrelle est formée par compression des faces de la brame à section rectangulaire, simultanément sur toute la longueur de la poutrelle à section en I à obtenir, avec déformation plane de la brame de départ. Une telle solution technique permet d'assurer la fabrication de tout un assortiment de poutrelles en I à partir d'un nombre minimal de types et dimensions de brames de départ, d'adopter pour toutes les poutrelles une seule épaisseur de départ de la brame, d'améliorer la qualité des poutrelles grâce à la compression dans deux directions, d'abaisser les pertes de déchets de métal, et d'accroître ainsi le rendement en produits sains grâce à une déformation plus unciforme de la brame dans toute sa section. D'après une variante de réalisation de l'invention, lors de la compression des faces de la brame, on retient ses deux bouts avec des butées plates qui limitent la déformation de la brame dans la direction longitudinale. Cette solution technique permet d'augmenter le rendement en métal sain, grace à la suppression totale des déchets dans la fabrication des demi-produits, et d'améliorer la qualité des produits. D'après une autre variante de l'invention, la réduction est exécutée en deux étapes, les faces de la brame étant d'abord serrées dans la partie médiane et les champs étant refoulés jusqu'à formation des ailes, puis les ailes étant libérées et le demi-produit étant réduit aux faces jusqu'à formation de l'mode la poutrelle. Une telle solution technique permet d'améliorer la qualité des poutrelles, grâce au changement de l'ordre des opérations de réduction, de diminuer l'asymétrie des poutrelles aux ailes, de r éduire notablement les efforts de déformation lors du façonnage de l'ame (car la surface de contact des frappes sur les portions de l'âme reste constante et, pour obtenir la largeur de poutrelle prescrite, il faut une largeur plus petite pour les frappes verticales), et d'abaisser les dépenses d'énergie pour la réalisation du processus. Enfin, d'après encore une variante de l'invention, les ailes et l'ame de la poutrelle à section en I sont obtenues par réduction simultanée de la brame de départ à ses faces et à ses champs. Cette solution technique permet de réduire notablement les déchets dans la fabrication des profilés finis, gråce au dosage précis du métal dans les éléments de la section des demi-produits, correspondant au rapport des volumes de métal dans les éléments du profil de la poutrelle en I finie, et d'améliorer la qualité des produits finis grâce à l'obtention, au foyer de déformation, d'un mode favorable de compression dans toutes les directions. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée d'une manièredetaillée par la description d'exemples de réalisation pratique et par des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente la position initiale de la brame à section rectangulaire et de l'outillage formant - la figure 2 représente la position finale de la poutrelle en I et de l'outillage formant - la figure 3 représente la position initiale de la brame à section rectangulaire au moment où ses boutes sont retenus suivant la longueur - la figure 4 représente la position intermédiaire de la brame après son refoulement aux faces - la figure 5 représente la position finale de la poutrelle en I et de l'outillage formant après réduction de la brame aux champs - la figure 6 représente la position initiale de la brame à section rectangulaire et de l'outillage formant au moment du serrage de la brame aux faces - la figure 7 représente la position intermédiaire de la brame et de l'outillage formant au moment de la réduction aux champs de la brame serrée aux faces - la figure 8 représente la position intermédiaire de la brame et de l'outil formant avant la réduction de la brame aux faces - la figure 9 représente la position finale de la poutrelle en I et de ltoutillage formant, après réduction de la brame aux faces - la figure 10 représente la vue en bout d'un dispositif pour réaliser le procédé faisant l'objet de l'invention - la figure Il représente la vue de côté du dispositif de la figure 10. Ia brame 1 (figure 1) à section rectangulaire, élaborée par coulée continue, est réchauffée dans un four jusqu a une température de 1200 à 12500C, puis, un dispositif de transfert, par exemple un transrouleur, situé en amont d'une presse hydraulique à coulisseaux multiples, l'amène à cette presse. Une pousseuse fait glisser la brame 1 sur le plan horizontal de la frappe inférieure verticale 2, d'une largeur de 220 mm (figure 1), jusqu'à la zone de travail de la presse hydraulique. Des butées en bout centrent la brame dans la presse, suivant la longueur des frappes verticales 2, et, par déplacement des frappes horizontales 3, la brame 1 est centrée en largeur par rapport aux frappes verticales 2. La frappe verticale plate supérieure 2 (figure 2) exécute sa course utile verticale et réduit la brame 1 jusqu'à la dimension prescrite pour l'amie de la poutrelle en I 4 à obtenir, égale à 70 mm ; la réduction aux faces de la brame 1 s'effectue simultanément sur toute sa longueur en une seule course utile des frappes verticales 2. Après réduction de la brame 1 aux faces, les frappes horizontales plates 3 exécutent leur course utile et réduisent la brame aux champs, simultanément aussi sur toute la longueur, jusqu'à formation des ailes 5 de la poutrelle en I 4. Le formage de l'amie de la poutrelle en I 4 et de ses ailes s'effectue dans les conditions d'une déformation plane ou quasi plane. Il est possible d'opérer suivant une autre variante, le formage de 1'8mue et des ailes étant exécuté par déplacement simultané des frappes verticales 2 et horizontales 3. les frappes 2 et 5 ayant achevé leur course, le formage de la poutrelle est terminé. les frappes horizontales 3 et la frappe verticale supérieure 2 reviennent à leur position initiale. La poutrelle 4 formée est chassée de la zone de travail de la presse et vient se placer sur un transrouleur en aval de la presse qui la transmet à l'usinage ultérieur. Dans une autre variante possible, la brame 1 (figure 3) à section rectangulaire, élaborée par coulée continue, est aussi amenée par un transrouleur, par exemple sur un outil de réduction mobile 6, dans la zone d'action des outils de réduction mobile et fixe 6 et 7, et des outils de refoulement 8. Le déplacement de l'outil mobile 6 fait entrer la brame 1 dans 1' outil de réduction fixe 7, où les bouts de la brame 1 sont retenus des deux côtés par des butées plates fixes 9 ; l'axe de la brame 1 est alors décalé par rapport à l'axe de l'outil de refoulement 8 de la valeur "a".A cette position, l'outil de réduction 6 commence sa course utile (la figure 4 montre la course de l'outil 6 suivant la flèche "b", de la valeur "c") et réduit la brame 1 jusqu'à ce que l'amie de la poutrelle prenne la dimension prescrite ; l'axe de la poutrelle déformée vient alors se mettre en corncidence avec l'axe des outils de refoulement 8 (figure 4). Pour que la poutrelle prenne une forme correcte, la réduction est effectuée sur toute la longueur de la brame 1, en une seule course de l'outil de réduction 6. Lors de la réduction de l'ame de la poutrelle la brame 1 ne s'allonge pas, car ses bouts sont retenus des deux c8tés par les butées plates fixes 9. Après réduction de l'åme de la poutrelle, les outils de refoulement 8 commencent leur course et, en se rapprochant, ils exécutent le refoulement de la brame 1 en largeur, simultanément aussi sur toute la longueur, et forment ainsi les ailes de la poutrelle (figure 5). Quand les outils 8 ont achevé leur course, la transformation de la brame 1 en poutrelle est terminée. La poutrelle est éjectée de l'outil de réduction fixe 7 et descendu par l'outil mobile 6 jusqu'au niveau du transrouleur qui le transmet à l'usinage ultérieur. le formage de la poutrelle peut s'effectuer suivant la même séquence, mais avec un outil de réduction inférieur 6 fixe et l'outil de réduction supérieur 7 mobile. Suivant une troisième variante, la brame de départ, par exemple une brame 1 (figure 6) coulée en continu, est amenée sur la frappe inférieure fixe 10 à surface active plate. La frappe supérieure mobile 10 se déplace et serre la brame 1 dans sa partie médiane. les frappes horizontales 11 sont alors écartées. Ensuite, les frappes horizontales 11 exécutent leur course utile et réduisent la brame 1 aux champs jusqu'd formation des ailes 12 (figure 7), après quoi les frappes Il s'écartent des ailes 12 (figure 8) et la poutrelle est réduite par les frappes 10 jusqu'à formation de l'âme 13 du demi-produit (figure 9). TSa réduction provoque un élargissement libre de l'tme 13 en cours de formage, accompagné par l'éloignement des ailes 12 par rapport aux faces latérales des frappes 10, avec formage des portions 14 en porte-à-faux de l'âme 13 (figure 9). Dans le schéma considéré, la brame 1 à déformer est disposée de façon que ses faces soient horizontales, quoique ce procédé puisse être réalisé avec une autre position de la brame 1, par exemple sur champ, c'est-à-dire avec ses faces larges disposées verticalement. L'invention permet d'obtenir non seulement des poutrelles en I, mais aussi d'autres profilés, par exemple des T, des rails, des I asymétriques, des cornières, des U, plusieurs produits pouvant être formés simultanément. le dispositif pour réaliser le procédé décrit plus haut est réalisé sous la forme d'une presse hydraulique verticale à coulisseaux multiples (figures 10 et 11), comprenant une embase 15 et une traverse supérieure fixe 16, liées l'une à l'autre par des colonnes 17, sur lesquelles est placée une traverse mobile 18, liée à des vérins hydrauliques d'actionnement 19. Ia traverse fixe supérieure 16 porte l'outil de réduction fixe 20, équipé de deux butées plates 21, fixes par rapport à lui et limitant la brame 1 à façonner en longueur. L'outil de réduction mobile 22 est fixé sur la traverse mobile 18 de la presse. Sur des tirants latéraux 23 sont disposées des traverses latérales supplémentaires 24, dans lesquelles sont fixés des vérins hydrauliques 25.Sur les pistons des vérins hydrauliques 25 sont fi.xés les outils de refoulement 26. Dans une autre variante de réalisation, l'outil de réduction inférieur 22 peut être réalisé fixe et être porté par une traverse intermédiaire fixe 18, tandis que la traverse supérieure 16 portant l'outil supérieur 20 sera mobile. Ce dispositif permet de réduire des brames 1 à section rectangulaire dans deux directions orthogonales. Plus bas on décrit un des exemples concrets de réalisation industrielle de l'invention. Le demi-produit de départ est une brame 1 coulée en continu, à section rectangulaire, ayant une largeur de 565 mm, une épaisseur de 100 mm et une longueur de 7500 mm. Ia matière de la brame 1 est un acier doux. A partir de cette brame 1 il faut obtenir un produit à section en I ayant une hauteur de 500 mm et une largeur de 190 mm. Pour cela, on réchauffe d'abord la brame 1 dans un four jusqu'à la température de forgeage : 1200 à 12500C. A l'aide d'un dispositif de transfert, par exemple un transrouleur, on amène la brame 1 chaude, à plat, jusqu'à la presse à coulisseaux multiples agissant dans deux directions, pouvant produire un effort de 20 000 t dans la direction verticale et un effort de 15 000 t dans la direction horizontale. En faisant glisser la brame 1 sur la surface horizontale de la frappe verticale plate inférieure 2, de 220 mm de largeur, on l'engage dans la zone de travail de la presse. A l'aide des butées en bout, on centre la brame 1 dans la presse suivant la longueur des frappes verticales 2, et par déplacement des frappes plates horizontales 3 à la cote 565 mm, on centre la brame 1 en largeur par rapport aux frappes verticales 2. Par déplacement de la frappe verticale mobile 2 on serre la brame 1 suivant son épaisseur avec un effort de préserrage égal à 200-500 t. Par déplacement en synchronisme des frappes horizontales 3, on réduit la brame 1 sur ses champs jusqu'à obtention des ailes du produit à section en I, d'une largeur de 190 mm et d'une épaisseur de 90 mm. A la fin de cette opération, l'effort de compression s 'élève à 4000 t. Puis on écarte les frappes horizontales 3 jusqu'à la position initiale et on les arrête quand l'écartement est de 580 à 600 mm (nécessaire pour l'engagement du demi-produit - brame - suivant). Par rapprochement des frappes verticales 2, on réduit la brame 1 aux faces jusqu'à formation de l'tme de la poutrelle d'une épaisseur de 70 mm. L'effort théorique de compression à la fin de la réduction est de 5000 t, la température étant de 1150 à 12000C. Pendant sa réduction aux faces, la brame 1 s'élargit librement et les ailes s'écartent des faces latérales des frappes verticales 2. La valeur dont s'écartent les ailes est déterminée par le volume de métal chassé d'entre les frappes verticales 2. On écarte les frappes verticales 2 et on escamote les butées en bout. A l'aide de la pousseuse, ou par action de la brame suivante présentée à la presse, le produit fini à section en I est poussé hors de la presse, sur le dispositif de transfert aval, qui transmet le produit au laminage ultérieur, exécuté directement par les cages d'un laminoir universel à poutrelles. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application non plus qu?à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de poutrelles métalliques profilées à partir de brames à section rectangulaire, par formage des ailes et de l'âme, caractérisé en ce que l'âme de la poutrelle est formée par compression des faces de la brame à section rectangulaire, simultanément sur toute la longueur de la poutrelle à section en I à obtenir, avec déformation plane de la brame de départ. 2. Procédé de fabrication de poutrelles selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de la compression indiquée des faces de la brame, les deux bouts de brame sont retenus par des butées plates qui limitent la déformation de la brame dans la direction longitudinale. 3. Procédé de fabrication de poutrelles selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la réduction est exécutée en deux étapes, les faces de la brame étant d'abord serrées dans la partie médiane et les champs étant refoulés jusqu'à formation des ailes, puis les ailes étant libérées et la brame étant réduite aux faces jusqu'à formation de l'Ame de la poutrelle. 4. Procédé de fabrication de poutrelles en I selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les ailes et l'ame de la poutrelle à section en I sont obtenues par réduction simultanée de la brame de départ sur toute la longueur à ses faces et à ses champs.