Brevet FR2495029A1 — publié le 19820604

La présente invention concerne des cylindres de for- mage et la liaison de ces cylindres de formage aux arbres qui les supportent. Elle concerne particulièrement des cy- lindres pour le laminage des barres et leur montage sur des arbres de laminoirs coniques en porte-à-faux. Les laminoirs de barres sont constitués par un bâti supportant deux arbres menés sur lesquels sont montés des cylindres. Chaque cylindre possède une surface de travail dans laquelle est formée une cannelure profilée ou plu- sieurs. Le produit à travailler passe à travers l'inter- valle formé par les cannelures d'une paire de cylindres et il lui est ainsi imparti la forme désirée en coupe trans- versale et/ou une réduction de ses dimensions. La surface du cylindre de travail peut être très abra- sive. En conséquence, du fait de leur résistance élevée à l'usure, les cylindres en carbure cémenté ont remplacé les cylindres en acier dans de nombreuses applications de lami- nage de barres. Les pressions élevées provoquées par ce laminage plaident également en faveur de l'utilisation de carbure cémenté du fait de sa résistance en compression élevée. Cependant, les cylindres de formage en carbure cémenté présentent des problèmes de montage en ce sens que ces cylindres sont, de préférence, montés en évitant qu'il y soit créé des contraintes de traction notables. Dans un mode de montage, les cylindres sont soumis à une précon- trainte, au moins dans une direction parallèle à leur axe de rotation. On trouve des exemples de tels montages dans le brevet US no 3 786 546, dans la brochure de la société demande- resse intitulée "Designing with Kenna'netal 11; dans le brevet US n0 2 342 159 et dans le brevet GB n0 1 420 693. Dans ces dispositions, la plus grande partie du couple provenant de l'arbre mens est transmise aux cylindres par l'intermédiaire d'anneaux métalliques cylindriques fixés sur l'arbre et bridés contre les deux faces axiales du cylindre. Le problème résultant de cette disposition de montage réside en ce que l'alésage du cylindre en carbure et la surface correspondante de l'arbre doivent être usinés à des tolérances tres serrées afin d'assurer que le cylindre en carbure sera radialement supporté par l'arbre sur toute la circonférence de son alésage. Si cet ajustage n'est pas obtenu, il peut s'ensuivre des incidents prématurés sur le cylindre. Dans une autre disposition de montage, on enfonce de force une cale ou manchon cylindrique à épaisseur crois- sante entre l'arbre conique et l'alésage du cylindre en carbure avec une force suffisante pour que les forces de frottement statiques entre l'arbre, la cale et le cylindre soient suffisantes pour transmettre le couple en provenance de l'arbre. Des exemples de cette disposition de montage sont décrits dans "Iron and Steel Engineer", avril 1975, pages 80 à 88. Toutefois, dans ce montage, des contraintes de traction se développent dans le cylindre de carbure au voisinage de son alésage. Afin d'être sûr que ces contrain- tes de traction n'entraîneront pas d'incidents dans le cylindre, ceux-ci sont réalisés avec une épaisseur de paroi plus grande, une largeur plus grande, ou bien une largeur plus grande avec une rainure de clavette pour faciliter la transmission du couple. Or il n'est pas souhaitable qu'il existe des rainures de clavettes dans les cylindres en carbure cémenté, du fait que ces rainures tendent à augmenter les contraintes. Il n'est pas non plus souhaitable d'augmenter la largeur ni l'épaisseur de paroi du cylindre, du fait que ceci entralne une augmentation de la quantité de carbure cémenté, ce qui augmente également le coût du cylindre. Les métaux utilisés dans ce cylindre, par exemple le cobalt, le tung- stène, le titane et le tantale sont très coûteux et les quantités disponibles sont limitées. En conséquence, les prix des matières premières constituent une part importante des coûts de fabrication des cylindres. Dans une autre réalisation du système de montage qui vient d'être décrit, la cale cylindrique est fendue. Il en résulte une réduction des forces de traction dans le cylindre en carbure, mais la force de frottement n'est plus suffisante pour solidariser en rotation le cylindre de l'arbre. Des rainures de clave-tte doivent être formées dans ce cylindre, lequel estalors claveté sur l'arbre pour assurer une transmission adéquate du couple. Cepen- dant, comme on l'a déjà noté, les rainures de clavettes concentrent les contraintes et, en conséquence, peuvent entraîner des incidents de cylindres prématurés. Le coût du cylindre est également augmenté du fait qu'il est néces- saire que sa largeur soit augmentée pour loger la rainure de clavette. Des systèmes de montage utilisant ces concepts sont illustrés dans les brevets US no 3 514 136, 3 514 137 et 3 727 957. Selon la présente invention, un ensemble de cylindre de laminoir comporte un cylindre en carbure cémenté avec une surface de travail et un alésage interne. Ce cylindre est monté sur un arbre conique. Les moyens de montage com- prennent une cale cylindrique creuse d'épaisseur de paroi décroissante, et un élément annulaire fendu ayant une sur- face circonférentielle extérieure et une fente sur toute la longueur de cet élément annulaire. La surface circonférentielle extérieure de cet élément annulaire est amenée en butée sous pression contre l'alé- sage du cylindre lorsqu'elle est dilatée par la cale cylin- drique creuse introduite de force entre la surface circon- férentielle intérieure de l'anneau fendu et l'arbre coni- que. Des moyens appropriés sont prévus pour maintenir les positions axiales du cylindre, de l'anneau fendu et de la cale. Selon la présente invention, le cylindre est radiale- ment supporté par l'arbre mené et est solidarisé en rota- tion de celui-ci par l'intermédiaire de l'application sous pression de l'anneau fendu contre le cylindre. Il n'est pas nécessaire de claveter le cylindre ou de le brider axialement sur l'arbre pour assurer une transmission adéquate au cylindre du couple en provenance de l'arbre. L'utilisation de l'anneau fendu comme décrit ci-dessus entraîne une réduction de la pression de montage nécessaire pour amener la cale sur l'arbre conique. Il en résulte une diminution des contraintes de traction dans le cylindre en carbure, ce qui permet d'utiliser de tels cylindres de moindre épaisseur de paroi en coopération avec la -cale cylindrique. De ce fait, la quantité de carbure dans chaque cylindre est moindre et, en conséquence, le prix de chaque cylindre est également diminué. La présente invention a pour objet un cylindre pour laminer les barres ayant un corps généralement cylindrique et creux en carbure cémenté. Ce cylindre a un diamètre ex- térieur et un diamètre intérieur, le rapport du diamètre intérieur au diamètre extérieur étant compris entre 62 et 72 %o. De préférence, ce rapport du diamètre intérieur au diamètre extérieur est environ 65-0-. La surface de travail du cylindre selon l'invention peut présenter une ou plu- sieurs cannelures, voire pas de cannelures du tout, en fonction des spécifications exigées. Selon la présente invention, l'élément annulaire fendu est situé concentriquement à l'intérieur du corps du cy- lindre. L'anneau fendu est dimensionné de façon à pouvoir coulisser sur l'alésage intérieur du cylindre lorsque l'an- neau fendu est libéré. Selon la présente invention, l'élément annulaire fen- du possède un corps métallique creux, de forme générale cylindrique et dilatable. Le diamètre intérieur de l'anneau fendu est dimensionné de façon à coopérer avec la cale creuse, lorsque la cale est introduite de force sur l'arbre conique, et il se dilate de sorte que le diamètre extérieur de l'anneau fendu forme avec l'alésage du corps du cylin- dre un ajustage serré. La présente invention a également pour objet un procé- dé pour monter des cylindres en carbure cémenté avec une épaisseur de paroi réduite sur un arbre de laminoir, en utilisant un élément annulaire fendu entre le corps du cylindre et l'arbre. De préférence, ce montage est effec- tué en interposant l'élément annulaire fendu entre le cy- lindre et un élément de coincement monté concentrique sur un arbre. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée, en se référant au dessin annexé sur lequel: - La fig. 1 est une vue partielle d'un cylindre de lami- noir selon la présente invention. - La fig. 2 est une vue éclatée du cylindre de laminoir représenté sur la fig. 1. - La fig. 3 est une coupe diamétrale de l'anneau fendu selon la présente invention; et - La fig. 4 est une coupe transversale d'un cylindre selon la présente invention, entourant un anneau fendu selon la présente invention. - La fig. 1 représente un cylindre de laminoir, selon la présente invention, en carbure cémenté 5 monté sur la partie conique 3 d'un arbre 1. Le montage du cylindre 5 sur la partie conique 3 s'effectue par l'intermédiaire d'une cale cylindrique 7 et d'un élément annulaire fendu 9. Comme on/voit sur la fig. 1, le cylindre en carbure cémenté a une surface de travail extérieure Il dans laquelle est ménagée une cannelure 13. La cannelure 13 sert à former les barres. Il peut y avoir plus d'une cannelure 13. Des faces terminales 15 du cylindre sont adjacentes et perpen- dculaires à la surface de travail 11, en partant vers l'intérieur et rejoignent une surface d'alésage intérieur 17. La surface 17 est en contact sous pression avec une surface circonférentielle extérieure 19 d'un anneau fendu 9. L'anneau fendu 9 est appliqué sous pression contre l'alésage intérieur 17 par une cale 7 qui a été introduite de force entre la surface circonférentielle intérieure 21 de l'anneau fendu 9 et la surface 23 de l'arbre conique 3. Cet ensemble est suffisant pour solidariser en rotation le cylindre en carbure cémenté 5 avec l'arbre conique 3, à l'encontre des forces produites par le laminage des barres. Le cylindre 5 et l'anneau fendu 9 sont positionnés axialement sur l'arbre 1 par une butée 25 disposée sur le côté de plus grand diamètre de la partie d'arbre conique 3 sur un côté du cylindre 5. Sur la face terminale opposée du cylindre est placée une clavette 27 qui es-t mainte- nue en butée contre la face terminale 15 du cylindre 5 par un boulon de maintien de clavette 28 qui est vissé sur l'extrémité de l'arbre 1 et vient buter au centre de la clavette 27. La clavette traverse diamétralement l'arbre 1 -et elle traverse la cale 7. Dans ce but, la cale cylindri- que 7 présente deux passages de clavette 29 diamétralement opposés et un passage de clavette 31 traverse diamétrale- ment l'arbre 1. On doit noter qu'il n'y a pas de passage de clavette dans le cylindre en carbure cémenté lui-même 5. La cale 7 est maintenue en position entre l'anneau fendu 9 et l'arbre conique 3 par une force hydraulique prédéterminée appliquée sur les collerettes 33 de la cale cylindrique 7. De cette manière, on crée une contrainte prédéterminée (butée sous pression) entre le cylindre en carbure cémenté , l'anneau fendu 9, la cale 7 et l'arbre conique 3. La cale 7, après avoir été amenée en position entre l'anneau fendu 9 et l'arbre 3, est maintenue en position par des boulons 35 qui viennent buter sur la face terminale exté- rieure de la cale cylindrique 7. Ces boulons 35 sont vis- sés sur un capuchon d'extrémité 37 qui coopère avec l'ex- trémité de l'arbre 1 par des boulons terminaux 39. En se reportant maintenant à la fig. 2, qui est une vue éclatée de l'ensemble de cylindre représenté sur la fig. 1, on voit que le montage du cylindre sur l'arbre conique 3 s'opère comme suit: Tout d'abord, le cylindre en carbure cémenté 5, avec l'anneau fendu 9 coopérant en coulissement avec la surface intérieure d'alésage 17 du cylindre 5, est monté avec jeu sur la cale 7. Cet ensemble constitué par le cylindre 5, l'anneau fendu 9 et la cale 7 est alors glissé sur la portion conique 3 de l'arbre 1. On place alors la clavette 27 dans les passages de clavette 29 de la cale et le passage de clavette 31 de l'arbre, et on l'amène en butée contre la face terminale axiale 15 du cylindre pour positionner axialement sur l'arbre conique 3 le cylindre 5 et l'anneau fendu 9 de telle sorte que le cylindre 5 vient buter contre la butée 25. Le boulon de maintien de clavette 28 maintient appliquée la clavette 27 contre la face 15. La cale 7 est alors rac- cordée à des moyens hydrauliques par son extrémité côté collerettes 33 et on exerce une pression prédéterminée pour introduire de force la cale 7 sur la partie d'arbre coni- que 3. A ce stade, l'extrémité la plus mince de la cale 7 est dilatée par l'arbre conique 3 et à son tour dilate l'anneau fendu 9 de sorte que ce dernier vient alors en contact sous pression avec l'alésage intérieur 17 du cy- lindre 5. A ce moment, le capuchon terminal 37 est boulonné sur l'extrémité de l'arbre 1 par les boulons de capuchon 39, après quoi les boulons de cale 35, qui sont vissés dans le capuchon terminal 36, sont amenés en butée contre l'extré- mité de la cale 7, assurant ainsi que celle-ci ne glissera pas hors de position pendant l'opération de laminage. Il doit être entendu que la manière dont le cylindre est maintenu axialement sur l'arbre n'est pas la seule qui permette d'atteindre ce but et l'invention peut inclure tout moyen de retenue axiale actuellement connu ou résul- tant simplement de la connaissance des spécialistes. Dans le cylindre et le procédé de montage de celui-ci selon l'invention, l'anneau fendu 9 sert à réduire la pression de montage nécessairement appliquée pour le mon- tage du cylindre 5. Dans les dispositifs antérieurs, la cale cylindrique 7 était introduite de force entre une section d'arbre coni- que et l'alésage intérieur d'un cylindre de telle sorte que la section conique de la cale était en contact direct avec, à la fois, l'alésage intérieur du cylindre et la surface de l'arbre conique. Selon la présente invention, les forces de montage sont réduites du fait que l'anneau fendu 9 n'est pas aussi rigide que le cylindre en carbure cémenté, et qu'en consé- quence, il est plus facile de dilater la cale cylindrique 7 sur la surface d'arbre conique. A son tour, ceci signi- fie que les contraintes de frettage en traction développées dans le cylindre en carbure cémenté 5 au voisinage de sa surface d'alésage intérieur sont réduites, ce qui permet également d'augmenter le rapport du diamètre intérieur au diamètre extérieur du cylindre en carbure, dépassant ainsi les-repports qui eussent été nécessaires d'après les dis- positifs antérieurs. La fig. 3 montre un anneau fendu 9 selon la présente invention. Cet anneau a des surfaces terminales axiales 41 qui sont reliées par une surface circonférentielle inté- rieure 21 et une surface circonférentielle extérieure 19. L'anneau fendu 9 présente une fente assurant une communi- cation entre la surface circonférentielle extérieure 19 et la surface circonférentielle intérieure 21 et s'étendant sur toute la longueur de l'anneau 9. La largeur T de la fente est de préférence aussi faible que possible afin de réduire la surface de l'alésage intérieur 17 du cylindre qui n'est pas radialement supportée. L'épaisseur W de la paroi de l'anneau 9 est de préférence uniforme. La surface circonférentielle extérieure 19 a de préfé- rence un fini de surface plus grossier que la surface cir- conférentielle intérieure 21 et que la surface de l'alésage intérieur 17 du cylindre afin d.'améliorer le coefficient de frottement entre l'alésage 17 du cylindre et la surface circonférentielle extérieure 19 de l'anneau, facilitant ainsi la solidarisation en rotation du cylindre 5 par rap- port à l'anneau fendu 9. La rugosité de surface de la surface circonférentielle extérieure doit, de préférence, correspondre à un fini de surface de 3 microns, tandis que la surface circonféren- tielle intérieure 21 doit, de préférence, avoir un fini de surface d'environ 0,8 micron. L'anneau fendu 9 est, de préférence, en une matière métallique dont la dureté Rockwell C est comprise entre et 45. On a trouvé qu'un acier AISI 4140 ayant la dure- té mentionnée ci-dessus convient fort bien à une telle application. La fig. 4 représente un cylindre en carbure cémenté 5 muni d'un anneau fendu 9 monté coulissant dans l'alésage intérieur 17 du cylindre 5. La surface de travail 11 pré- sente une cannelure 13. Le diamètre intérieur du cylindre , D1 est égal à 62 à 72 % du diamètre extérieur Do d'un cylindre neuf 5 et est, de préférence, égal à environ 65 %. Ce rapport de DI à Do est plus important que ceux utilisés typiquement pour les cylindres neufs de carbure cémenté montés sur l'arbre conique par une cale, sans bague fendue. Les cylindres de laminage de barres en carbure cémenté, montés selon l'invention sur un arbre conique, sont mainte- nus solidarisés en rotation par rapport à l'arbre. On a constaté que, après 16 heures d'utilisation continue, la rotation relative entre le cylindre et l'arbre n'excédait pas 50. On pense que ce faible angle de rotation relatif est en fait la somme de mouvements incrémentiels plus petits résultant de la pointe de charge sur le cylindre * chaque fois que le bord antérieur d'une barre vient le heurter. Cette petite valeur de la rotation relative n'a aucun effet néfaste sur la durée de vie du cylindre. REVENDICATIONS 1 - Ensemble de cylindre de laminoir, caractérisé par le fait qu'il comprend un arbre conique 3, une cale cylin- drique creuse 7 ayant une épaisseur de paroi allant en diminuant, un élément annulaire fendu 9 à surfaces circon- férentielles extérieure 19 et intérieure 21 et une fente sur toute la longueur de l'élément communiquant avec les surfaces extérieure et intérieure, un cylindre en carbure cémenté 5 ayant une surface de travail 11 et un alésage intérieur 17, la cale 7 étant coincée sur l'arbre conique 3 et à l'intérieur de l'anneau fendu 9, cet anneau fendu étant dilaté par la cale et venant en- butée sous pression sur l'alésage intérieur 17 du cylindre, et des moyens 25, 27 pour maintenir le cylindre, l'anneau fendu et la cale fixes par rapport à l'axe de l'arbre conique. 2 - Ensemble de cylindre selon la revendication 1, dans lequel l'anneau fendu a un fini de surface plus fin sur la surface circonférentielle intérieure que sur la surface circonférentielle extérieure. 3 - Ensemble de cylindre selon la revendication 2, dans lequel le fini de la surface circonférentielle exté- rieure de l'anneau fendu est plus grossier que celui de l'alésage intérieur du cylindre en carbure cémenté. 4 - Ensemble de cylindre selon l'une des revendica- tions 1 à 3, dans lequel l'anneau fendu est en une matière métallique ayant une dureté Rockwell C comprise entre envi- ron 40 et 45. - Cylindre pour laminage de barres, caractérisé par le fait qu'il comporte un corps creux généralement cylin- drique ayant une surface de travail en carbure cémenté, ce corps ayant un diamètre extérieur Do et un diamètre intérieur D,, et le rapport du diamètre intérieur au dia- mètre extérieur étant compris entre 0,62 et 0,72. 6 - Cylindre selon la revendication 5, dans lequel le rapport du diamètre intérieur au diamètre extérieur est environ 0,65. 7 - Ensemble de cylindre pour le laminage de barres, caractérisé par le fait qu'il comporte un corps de cylindre de forme générale cylindrique ayant une surface de travail en carbure cémenté et un alésage intérieur, un élément annulaire fendu logé concentriquement à l'intérieur du corps du cylindre, cet élément annulaire fendu étant monté sur le corps du cylindre de façon à pouvoir coopérer en coulissement avec l'alésage intérieur. 8 - Elément annulaire fendu utilisé pour monter sur un arbre de laminoir un corps de cylindre à barres en car- bure cémenté à alésage intérieur, une- cale cylindrique étant prévue pour exercer une pression radiale de façon à solidariser pratiquement en rotation ce corps de cylindre de l'arbre, caractérisé par le fait que l'élément annulaire fendu est un corps métallique de forme générale cylindrique et dilatable à surfaces circonférentielles extérieure et intérieure et une fente sur toute la longueur de ce corps et assurant la communication entre les surfaces extérieure et intérieure, cet élément annulaire ayant un diamètre extérieur qui, lorsque l'élément n'est soumis à aucune force, est dimensionné pour procurer une coopération à cou- lissement entre la surface circonférentielle extérieure et l'alésage du corps du cylindre, cet élément annulaire ayant un diamètre intérieur dimensionné pour coopérer avec une cale et faire se dilater l'élément annulaire lorsque cette coopération est effective, ce diamètre extérieur dilaté assurant un ajustage de force avec l'alésage du corps du cylindre. 9 - Procédé pour réduire la quantité de carbure cémen- té nécessaire dans les corps de cylindres de laminoir à barres, caractérisé par le fait qu'on monte un élément an- nulaire fendu entre le corps du cylindre et l'afbre du laminoir. - Procédé pour monter un cylindre en carbure cémenté sur-un arbre de laminoir, arbre sur lequel est monté concen- triquement un élément de cale cylindrique, caractérisé par le fait qu'on interpose concentriquement un élément annulai- re fendu entre le cylindre et l'élément de cale.