Brevet FR2508595A1 — publié le 19821231

La présente invention concerne un procédé amélioré de pulvérisation uniforme de lubrifiants sur des surfaces de travail en métal, comme les matrices d'une presse de forgeage, les rouleaux d'une cage de laminoir, etc. Des lubrifiants sont appliqués sur des surfaces de travail en métal, comme les matrices d'une presse de forgeage chauffée, pour un certain nombre de raisons. Un revêtement uniformément appliqué empêche le métal forgé de coller aux matrices, assure des surfaces lisses à l'article forgé, réduit l'usure des matrices et facilite llecoulement du métal pendant l'opération de forge. Le procédé le plus courant d'application d'un lubrifiant sur des surfaces de travail en metal est l'atomisation pneumatique. Dans cette technique, de l'air à grande vitesse est mélangé avec un lubrifiant avant la dilatation de l'air dans une buse vers la surface de la matrice ou du rouleau. L'atomisation pneumatique utilise de l'air comprimé, à environ 200-690 kPa, et produit une fine pulvérisation de lubrifiant contenant des gouttelettes ayant un diamètre compris entre 5 et 100 microns. Les techniques d'atomisation pneumatique connues à l'heure actuelle présentent plusieurs inconvénients pour la lubrification des surfaces de travail métalliques. Premièrement, l'air à grande vitesse mélangé avec la fine pulvérisation rend difficile de diriger précisément et d'appliquer uniformément le lubrifiant sur la totalité de la surface de travail métallique, en particulier autour des rayons de coin et dans les zones complexes des matrices à forme élaborée d'une presse de forgeage. Deuxièmement, les lubrifiants et en particulier les lubrifiants de viscosité élevée qui sont les plus couramment utilisés, ont tendance à colmater les chambres, les tubes et les orifices des buses de pulvérisation. Troisiemement, la technique pneumatique fournit de façon inhérente une quantité substantielle d'air sur les surfaces de travail chauffées où une portion du lubrifiant est brûlée. L'air augmente la quantité et la vitesse de combustion du lubrifiant, produisant une grande quantité de fumée.Cette fumée peut provoquer des problèmes visuels et respiratoires pour les ouvriers situés dans la zone. Enfin, il est long et donc coûteux d'appliquer un revêtement uniforme de lubrifiant quand on utilise une fine pulvérisation. Une augmentation de la durée de pulvérisation diminue le nombre d'articles que l'on peut préparer dans une période donnée et est inefficace du point de vue de la conservation de l'énergie. Il a été décrit dans la technique antérieure, par exemple les brevets des E.U.A. NOS 3.709.012 et 3.605.473, que des lubrifiants pour des applications de laminage peuvent être mélanges avec de grandes quantités, 50 à 99,999 %, d'eau de refroidissement et que la dispersion peut être pulvérisée sur les rouleaux de travail sous une pression hydraulique et d'eau relativement élevée pour donner un liquide de refroidissement et lubrifiant amélioré pour les rouleaux. Les dispersions huile/eau décrites dans la technique antérieure nécessitent le mélange à des températures nettement inférieures et l'application à des pressions nettement supérieures à celles utilisées pour les lubrifiants chauffés de la présente invention. En outre, les dispersions décrites dans la technique antérieure ont un effet de refroidissement indésirable quand elles sont appliquées sur les surfaces des matrices chauffées d'une presse de forgeage ou d'un dispositif similaire. En conséquence, on recherche un nouveau procédé d'application du lubrifiant sur des surfaces de travail métalliques, qui élimine le besoin d'air à grande vitesse, applique rapidement un revêtement uniforme sur toute la surface de travail en utilisant une pression hydraulique relativement faible, et n'entraîne pas de colmatage des buses de pulvérisation classiques. Ce procédé empêche le métal de coller sur les surfaces de travail métalliques et augmente la durée de vie des matrices ou des rouleaux. Selon l'invention, il est fourni un procédé de pulvérisation uniforme d'un lubrifiant non aqueux de viscosité normalement élevée contenant des additifs solides, sur les surfaces de travail métalliques de matrices chauffées dans une presse de forgeage, qui consiste à chauffer ledit lubrifiant à 77-1660C pour ramener sa viscosité à environ 1,0 centipoise à recycler continuellement un volume essentiellement constant dudit lubrifiant à une pression d'environ 200 à 480 kPa, de la source de chaleur à une buse de pulvérisation à effectuer l'atomisation hydraulique dudit lubrifiant recyclé en alimentant sélectivement ledit lubrifiant par ladite buse sous ladite pression ; et à diriger ledit lubrifiant atomisé sur lesdites surfaces de travail métalliques. Parmi les avantages de la présente invention, citons l'application d'une couche plus uniforme de lubrifiant sur les surfaces de travail métalliques sans avoir besoin d'air à grande vitesse. Un autre avantage de l'invention est l'obtention de l'atomisation hydraulique d'un lubrifiant chauffé en utilisant une pression hydraulique relativement faible. Un autre avantage de l'invention en question est l'obtention d'un procédé d'application d'un lubrifiant de viscosité normalement élevée sur des surfaces de travail métalliques, sans colmater les buses de pulvérisation. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé rapide de pulvérisation d'un lubrifiant sur des surfaces de travail métalliques, comme les matrices chauffées d'une presse de forgeage, pour augmenter le nombre d'articles que l'on peut obtenir dans une période de temps donnée. I1 s'ensuit qu'un avantage de l'invention est l'obtention d'un procédé d'application uniforme d'une couche de lubrifiant sur des surfaces de travail métalliques utilisées dans des opérations de formage de métal à chaud, où le lubrifiant est pulvérisé par atomisation hydraulique sous faible pression plutôt que par l'atomisation pneumatique plus classique. Ces buts et autres avantages de la présente invention seront mieux compris et appréciés en se référant à la description suivante et aux dessins annexes dans lesquels La Figure 1 est un vue schématique d'un appareil de mise en oeuvre du procédé de la présente invention, comprenant une vue partiellement fragmentee d'un pistolet de radiale sur chacun des éléments annulaires, ou de les réaliser en plusieurs parties, et notamment en deux moitiés qu'on assemble par collage à l'endroit des faces de la coupure correspondante. Il est avantageux dans ce cas de confectionner les éléments annulaires par découpage, transversalement à l'orientation de leurs fibres. Les éléments annulaires peuvent présenter en profil toute forme adaptée à la partie de la structure à pro téter et pas seulement une forme circulaire, mais aussi notamment celle d'un anneau rectangulaire, hexagonal ou ovale. On peut fixer par collage la face annulaire interne de chaque élément de la gaine de protection directement sur la partie de la structure à protéger, et par exem ple sur la paroi d'un tube porteur à l'intérieur d'un four industriel. Mais il est particulièrement avantageux de prévoir en ce cas un support constitué par un grillage métallique, ou un habillage en treillis métallique ou en métal déployé, que l'on dispose au préalable autour de la partie de la structure à protéger, pour y fixer ensuite par collage la face annulaire interne des éléments de la gaine de protection. Ceci permet de rénover facilement la gaine due protection, que l'on peut au besoin remplacer ou réparer, sans que la partie correspondante de la structure à pro té- ger ait à en souffrir. Le grillage métallique servant de support peut être fixé de diverses manières, notamment par soudage, sur le tube à protéger. Mais en général il suffit d'enrouler le grillage métallique, au besoin en le tendant, autour de la partie de la structure à protéger. Les éléments annulaires de la gaine de protection peuvent être confectionnés par découpage à la presse, à partir de divers genres de matelas, plaques ou toisons, environ 1,7 centipoise, qui est à peu près le double de celle de l'eau aux température et pression nornales. La viscosité de l'eau à la température et à la pression normales est environ 1,0 centipoise. Les lubrifiants de viscosité élevée sont utilisés à l'heure actuelle sur les surfaces de travail métalliques comme les matrices d'une presse de forgeage, les rouleaux d'une cage de laminoir et parfois sur la pièce métallique que l'on travaille elle-même.Des exemples de lubrifiants utilisés pour forger des roues en aluminium comme les alliages 2014 pu 2024 et T-6 temper (dénomination de la Aluminium Association) comprennent les lubrifiants liquides à base de pétrole contenant du graphite et un composé du plomb. Ces lubrifiants types pour le forgeage de l'aluminium présentent une viscosité d'environ 300 à 2000 centipoises à 400C. Les lubrifiants utilisés dans les laminoirs peuvent avoir des viscosités nettement inférieures, souvent de l'ordre de 1,7 à 500 centipoises. Le réservoir 2 peut consister en un réservoir de lubrifiant sous pression bien connu de 190, 230 ou 460 litres. De préférence, un bouchon à déconnexion rapide est situé à la partie inférieure du réservoir pour une connexion facile à la conduite d'approvisionnement 8. La conduite d'approvisionnement 8 peut consister en un tuyau métallique souple de cinq mètres ayant par exemple un diamètre interne de 9,5 mm. Le lubrifiant de viscosité élevée 4 est distribué au système de recyclage 6 par la conduite d'approvisionnement 8. Le dispositif de recyclage 6 placé entre le réservoir 2 et le pistolet de pulvérisation 20 est une boucle fermée de volume constant. De préférence, le volume de la boucle fermée est d'environ 15 litres. Toute perte de volume dans le dispositif 6 provoquée par pulvérisation du lubrifiant doit être presque immédiatement, et de préférence simultanément, compensée par du lubrifiant provenant du réservoir 2. L'appareil de chauffage 14 dans le dispositif de recyclage 6 est de préférence un échangeur de chaleur à écoulement traversant dont le réservoir 12 peut retenir environ 75 % du total du lubrifiant du dispositif de recyclage 6. On a trouvé qu'un appareil de chauffage permettant d'obtenir une ten'pérature superficielle de 1770C permet de maintenir une température du lubrifiant de 1490C dans un dispositif de recyclage ayant une capacité de 15 litres et ayant un réservoir chauffé de 11,25 litres. Le réservoir 12 de l'échangeur de chaleur doit être maintenu en charge pour empêcher la carbonisation de l'huile ou du pétrole. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, un premier thermocouple 15 est prévu dans la conduite de recyclage 10 à l'extrémité de sortie du réservoir 12 pour contrôler continuellement la température du lubrifiant 4. Le thermocouple 15 est relié à un appareil de commande et de mesure 16 de la température pour régler le fonctionnement ou le non-fonctionnement de l'appareil de chauffage 14. Le thermocouple 15 fournit la température de référence permettant de déterminer quand et pendant combien de temps l'appareil de chauffage 14 doit fonctionner pour maintenir la température désirée d'huile dans le dispositif 6. Le maintien de la température du lubrifiant à 77-1660C et de préférence à 121-1380C diminue la viscosité du lubrifiant et empêche les problèmes de colmatage dans l'appareil. La pompe 17 maintient l'huile en circulation dans le dispositif en boucle fermée 6 pour maintenir l'uniformité de chaleur dans le dispositif 6 et pour empêcher l'accumulation de dépôts de boues. Cette pompe 17 doit pouvoir pomper continuellement du lubrifiant à la température ambiante ainsi que du lubrifiant chauffé pour maintenir la circulation d'huile sans chaleur quand l'appareil n'est pas utilisé pendant un certain temps. On a trouvé que, quand on arrête la pompe pendant plus de deux heures, le dispositif de recyclage 6 doit être vidangé pour empêcher l'accumulation de dépôts de boues. Dans un autre mode de réalisation de cet appareil, il est également prévu de connecter un équipement de nettoyage 9 tant du type à air qu'à solvant, au dispositif de recyclage 6.Un tel équipement doit être conçu pour s'adapter exactement à la connexion dans la conduite d'approvisionnement 8 par laquelle l'agent de nettoyage est On a représenté,sur la figure 3,des éléments annulaires 17 correspondant à un autre mode de réalisation de la gaine isolante conforme a l'invention. Les éléments annulaires 17 forment,chacun une pièce modulaire de profil carré, comportant deux moitiés 17a et 17b, que l'on fait glisser sur la partie à isoler, pour les mettre en place avant d'assembler par collage les faces 18 et 19 de leurs coupures radiales. On voit sur la figure 3 que les faces 18 et 19 des coupures radiales sont transversales à la direction 15 du fibrage.Dans ce cas-également, on assemble les éléments annulaires 17 successifs par collage de leurs faces latérales 14, de manière à orienter la direction 15 des fibres de chaque élément annulaire 17 perpendiculairement par rapport à la direction des fibres de l'élémentprécédent. On voit que les fibres de la zone A de chaque élément annulaire restent ainsi perpendiculaires par rapport à la paroi tubulaire et que les fibres sensiblement orientées suivant la direction 15 sont perpendiculaires à l'axe longitudinal 20 de la partie de structure à isoler, telle que le tube porteur 10 dans le cas considéré. Ainsi, les fibres de chaque élément annulaire de la gaine se trouvent ,pour la plupart,per- pendiculaires au revêtement aahésif 12 dans la zone A. Ces fibres se trouvent ainsi bien ancrées dans le revêtement adhésif. Par ailleurs les fibres de chacun des éléments annulaires de la gaine de protection ne subissent aucun effet de flexion, mais se trouvent enserrées entre les fibres des éléments annulaires adjacents, fibres qui leur sont perpendiculaires et auxquelles elles sont fixées par collage, si bien que les fibres des éléments annulaires de gainagé ne risquent pas ae se détacher du bloc ainsi assemblé.On applique un traitement de vitrification à l'endroit des coupures des fibres, de maniere à provoquer un léger rétrécissement l'actionnement de l'arbre 52, la conduite de recyclage 46 du pistolet de pulvérisation et ainsi le dispositif de recyclage 6, est fermé par, par exemple une vanne-solénoideà huile actionnée par l'électricité (non représentée) pour maintenir constante la pression pendant la pulvérisation. L'homme de l'art verra que l'air utilisé pour actionner l'arbre n'est pas utilisé pour atomiser le lubrifiant 4 qui est pulvérisé, la soupape à air 50 étant seulement utilisée pour actionner l'arbre 52. Il sera également entendu que la soupape à air 50 est poussée par un mécanisme de détente que l'on peut actionner manuellement ou automatiquement, selon cette invention. Pour protéger le pistolet de pulvérisation 20 de la chaleur ambiante et des manipulations brusques associées aux opérations de formage des métaux, le pistolet 20 est recouvert d'un isolant de 9,5 mm et logé dans un tube de protection 54 d'un diamètre de 5 cm, comme représenté sur la Figure 2. Le pistolet 20 protégé représenté sur la Figure 2 comprend en outre une première poignée 56 équipée d'un mécanisme à gâchette 58 pour faire fonctionner manuellement le pistolet. Une seconde poignée 60 est également prévue sur le pistolet 20. Vers la buse 22 du pistolet 20, on peut prévoir une goupille 62 de localisation ajustable que l'on peut placer à une position prédéterminée dans, par exemple, les matrices rétractées d'une presse de forgeage une certaine hauteur et à un certain endroit pour assurer qu'un revêtement uniforme de lubrifiant soit pulvérisé sur les surfaces de travail métalliques. Du côté de la soupape à air 50, se trouve une conduite d'air 64 destinée à actionner la soupape à air 50, une conduite d'entrée d'huile 66 et une conduite de sortie d'huile 68. Ces trois conduites peuvent être réunies et isolées pour former une seule conduite commune 70. Le lubrifiant 4 qui circule vers la buse de pulvérisation 20 est maintenu sous une pression constante d'environ 200 à 480 kPa. Pendant la pulvérisation, le lubrifiant 4 est atomisé lorsqu'il traverse un petit orifice de l'extrémité de la buse par suite de l'instabilité du jet provenant de la vitesse relative du lubrifiant sous pression par rapport à l'atmosphère ambiante. L'homme de l'art verra que des buses à collision ou à tourbillon peuvent également être utilisées et qu'en outre on peut utiliser plusieurs buses pour mettre en oeuvre le procédé de la présente invention. En outre, quand le lubrifiant est chauffé et que sa viscosité s'abaisse approximativement au voisinage de celle de l'eau, on peut utiliser dans le présent appareil un quelconqueemb^ t de buse à eau classique selon le type et la direction de la pulvérisation désirée Des atomiseurs pneumatiques classiques fonctionnant à une pression de 200 à 700 kPa produisent une fine pulvérisation contenant des gouttelettes dont le diametre est compris entre 5 et 100 microns. Des atomiseurs hydrauliques fonctionnant à une pression de 200 à 1400 kPa produisent une pulvérisation relativement grossière 24 dont les gouttes ont un diamètre compris entre 100 et 3000 microns, une pression hydraulique inférieure fournissant les gouttelettes les plus grosses.A des pressions inférieures, un lubrifiant de viscosité élevée s 'écoulera lentement en raison des forces de cohésion internes. Lorsque l'on augmente la température de ces lubrifiants, on réduit les forces de cohésion On peut ainsi obtenir une taille de goutte plus importante que dans les atomiseurs pneumatiques classiques, et en outre une pression élevée et les difficultés inhérentes à l'utilisation d'une telle pression ne sont pas necessaires pour pulvériser des lubrifiants de viscosité élevée.La pulvérisation grossière 24 produite avec la pression hydraulique relativement faible de la présente invention donne un revêtement de lubrifiant plus uniforme lorsqu'il est pulvérisé sur des surfaces de travail métalliques, par rapport au procédé prealable d'atomisation pneumatique ou au procédé préalable d'atomisation hydraulique sous pression élevée. En outre, davantage de pulverisatlon est répartie sur les surfaces de travail métalliques en un temps plus court lorsque l'on utilise la présente invention, ce qui donne un cycle de forgeage de durée plus courte.La pulvérisation grossiere obtenue selon la présente invention est appliquée plus directement sur les surfaces de travail métalliques par rapport à la pulvérisation plus fine du dispositif à atomisation par air qui a tendance à flotter de façon aléatoire en s'écartant souvent des surfaces de travail métalliques, en posant des problèmes d'environnement. Le pistolet de pulvérisation 20 de la présente invention peut être équipé d'une série de buses de pulvérisation 22 à son extrémité. Selon le procédé de cette invention, le pistolet 20 peut être placé manuellement entre les matrices chauffées 30 et 32 d'une presse de forgeage pour obtenir une position prédéterminee. Cette position peut être marquée pour l'opérateur par des goupilles de localisation 62 ou des dispositifs similaires. Quand le pistolet est dans la position appropriée, un mécanisme de détente 58 est actionné pour amorcer la pulvérisation. La durée de la pulvérisation peut être gouvernée par un appareil de mesure placé dans l'unité de commande 16 ou par un mécanisme à détente actionné manuellement 58.Le lubrifiant 4 pulvérisé sur une surface de travail métallique à partir d'une source ponctuelle symétrique prédéterminée a tendance à aider l'uniformité du revêtement résultant. L'epaisseur désirée du revêtement de lubrifiant peut être déterminée de façon précise par l'embout Se buse particulier utilisé. L'épaisseur peut également être déterminée en contrôlant la durée de pulvérisation, car le volume de lubrifiant pulvérisé dépend de la pression et du temps, et la pression dans le présent procédé est relativement constante. La superficie couverte par la pulvérisation de lubrifiant est fonction de la hauteur de la buse au-dessus de la surface de matrice que l'on peut déterminer et noter pour chaque application particulière. Un second thermocouple 34 est également prévu pour contrôler continuellement la température du lubrifiant que l'on pulvérise. Ce thermocouple 34 est relié à un second appareil de mesure et de commande de la température 35, et a un fonctionnement similaire au premier thermocouple 15 et au premier appareil de commande 16. Le second thermocouple 34 est utilisé pour déterminer la perte de chaleur associée au dispositif. Si la perte de chaleur est significative, la température de l'appareil de chauffage 14 devra être automatiquement élevée pour la compenser autant que possible. On rencontrera une perte en chaleur maximale lorsque la durée et la fréquence des pulvérisations augmentent et que l'on pompe du lubrifiant de viscosité normalement élevée provenant du réservoir 2 que l'on introduit dans le système de recyclage 6 pour maintenir-un volume constant dans la boucle fermée. Les matrices d'une presse de forgeage sont généralement chauffées à une température d'environ 260 à 3700C. Quand on fonctionne à une telle température, on peut s'attendre à ce qu'une certaine portion du lubrifiant pulvérisé sur les surfaces soit brûlée. Quand le lubrifiant est pulvérisé de façon pneumatique, de l'air sous pression élevée est ajouté aux flammes, ce qui augmente la combustion et de ce fait davantage de fumées sont associées à l'opération de formage des métaux. La présente invention ne fournit pas d'air supplémentaire aux flammes et donc l'atomisation hydraulique donne moins de fumée dans l'opération de formage des métaux.En outre, au contraire de nombreux dispositifs de lubrification de la technique anterieure, la présente invention n'apporte pas d'eau sur les matrices chaudes, eau qui donnerait des quantités de vapeur d'eau indésirable dans l'opération de formage des métaux. Selon la présente invention, les matrices d'une presse hydraulique de 8000 tonnes utilisée pour forger des roues d'aluminium sont lubrifiées, à titre d'essai, avec un lubrifiant liquide à base de pétrole contenant des additifs graphite et plomb, ayant une viscosité comprise entre 1000 et 1600 centipoises à 400C. L'essai consiste à lubrifier un anneau d'un diamètre interne de 30 cr, et d'un diamètre externe de 65 cm, sur la cavité inférieure formant matrice d'un outil de finissage utilisé dans le forgeage de roues de camion et de bus. Un second revêtement similaire de lubrifiant est appliquéà la ra-^-ie supérieure d'un lingot d'aluminium après son insertion dans la cavité de la ace. A la suite de cet essai de pulvérisation à atomisation hydraulique, on forge 228 roues sans aucun rejet, tandis qu'en moyenne on trouve un taux de rejet de 5 % avec la pulvérisation à atomisation pneumatique classique. Cet essai de production parfait est un résultat d'un revêtement plus uniforme du lubrifiant. L'uniformité du lubrifiant est illustrée par un écoulement de métal net dans les zones d'ébarbage supérieure et inférieure de la roue forgée et par moins de collage quand on enlève la roue forgée de la cavité de la matrice. On obtient les meilleurs résultats avec ce lubrifiant de viscosité particulière, quand on fonctionne avec une température de lubrifiant comprise entre 121 et 1380C. Dans un autre mode de réalisation, le pistolet de pulvérisation 20 peut être introduit dans un dispositif de positionnement automatique. Le dispositif de positionnement peut comporter par exemple un piston ou crémaillère à fonctionnement pneumatique et un plateau animé de va-et-vient sur pignon. Un tel dispositif pourrait être actionné par une comman-de à bouton poussoir et localiserait automatiquement la buse de pulvérisation 22 sur la cible, permettrait la pulvérisation pendant un temps prédéterminé et rétracterait le pistolet à pulvérisation. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de pulvériser uniror-ement un lubrifiant non aqueux de viscosité normalement élevée contenant des additifs solides, sur les surfaces de travail métalliques des matrices chauffées dans une presse de forgeage, caractérisé en ce que on chauffe ledit lubrifiant à une température de 77 à 1660C pour ramener sa viscosité à environ 1,0 centipoise on recycle continuellement un volume essentiellement constant dudit lubrifiant à une pression d'environ 200 à 480 kPa, de la source de chaleur à une buse de pulvérisation on atomise de façon hydraulique ledit lubrifiant recyclé en introduisant sélectivement ledit lubrifiant dans ladite buse sous ladite pression ; et on dirige ledit lubrifiant atomisé sur lesdites surfaces de travail métalliques. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lubrifiant est chauffé à une température de 121 à 1380C. 3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le lubrifiant est à base de pétrole et a une viscosité d'environ 300 à 2000 centipoises à 400C. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on contrôle la température du lubrifiant en circulation. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on contrôle la perte de chaleur du lubrifiant du recyclage à l'atomisation.