Brevet FR2509635A1 — publié le 19830121

La présente invention se rapporte d'une façon géné- rale au laminage de métaux et elle concerne, plus particuliè- rement, des cylindres de formage pour le traitement d'un feuillard métallique, qu'on appellera simplement ci-après "bande métallique", pour obtenir des tubes soudés Plus précisément encore, l'invention concerne une paire coopérante de cylindres supérieur et inférieur dans un laminoir pour l'opération initiale de cintrage ou de rupture de la planéité de la bande métallique, ci-après appelée opération de rupture. La fabrication de tubes ou conduits soudés par lami- nage, qui constitue à l'heure actuelle une des techniques les plus importantes de la production des tubes, peut être réa- lisée par divers procédés, notamment par les procédés connus sous les noms de formage marginal, formage central et formage circulaire Dans un train bien connu de cylindres de façon- nage permettant une telle fabrication de tubes, on fait passer la bande métallique successivement par une opération de rupture, une opération de rectification ou ébavurage, une opération de soudage et une opération de calibrage Un autre train de laminoirs connu est conçu de façon que la bande métallique passe par des opérations successives de rupture d'ébavurage, de soudage et de calibrage. L'opération de rupture a jusqu'à présent été réalisée par un cylindre inférieur concave et un cylindre supérieur convexe (apparaissant à la fig 1 du dessin annexé) pour laminer la bande métallique en lui donnant une section transversale en arc de cercle Les cylindres de rupture de ce type classique posent des problèmes lorsqu'il s'agit d'incurver les parties marginales longitudinales opposées de la bande métallique afin d'obtenir des arcs ayant le rayon désiré Les contours des cylindres de rupture sont tels que ces cylindres n'exercent pas de forces de compres- sion suffisantes sur les parties marginales de la bande métallique En conséquence, après passage entre les cylin- dres de rupture, la bande métallique tend à revenir par un effet de ressort à sa forme initiale On est ainsi obligé d'appliquer des forces plus importantes par les cylindres d'ébavurage, qu'il ne serait nécessaire si un tel retour par effet de ressort n'avait pas lieu, avec le risque qui en résulte dtendommagement des cylindres ou des bandes métalliques Le retour par effet de ressort des bords de la bande métallique rend plus difficile le soudage des bords et, au stade de calibrage, le traitement du tube soudé pour donner la forme circulaire précise à sa section transversale. Un autre inconvénient de la paire classique de cy- lindres de rupture est le risque important de formation de bords ondulés sur la bande métallique, surtout quand cette bande est mince En outre, dans le cylindre infé- rieur concave de la paire de cylindres selon la technique antérieure, la surface du cylindre monte de façon abrupte dans la section entre le point milieu du cylindre (c'est- à-dire l'emplacement du diamètre minimal) vers les extrémi- tés axiale opposées Ainsi une très grande différence exis- te entre les vitesses périphériques du centre et des par- ties terminales du cylindre concave Le glissement qui en résulte des parties terminales du cylindre sur la bande métallique produit fréquemment ce qu'on appelle des "mar- ques de cylindre" sur la bande métallique. La présente invention a pour objet des cylindres de formage ne présentant aucun des inconvénients mentionnés et permettant/ au cours d'un stade initial de fabrication de tubes soudés par laminage, djincurver les parties margi- nales longitudinales opposées de la bande métallique sans se heurter aux inconvénients qui sont propres à lemploi des cylindres classiques de formage. Brièvement, l'invention crée un jeu perfectionné de cylindres de rupture pour l'usage envisagé, comprenant un premier cylindre ayant une partie médiane convexe et deux parties terminales concaves sur les parties opposées de la partie médiane Un second cylindre est profilé sur le mode complémentaire au premier cylindre, c'est-à-dire qu'il présente une partie médiane concave et deux parties termi- nales convexes Les premier et second cylindres sont agencés de manière que leurs axes soient mutuellement parallèles pour définir entre eux une zone de passage de la bande métallique devant 8 tre transformée en un tube soudé. Le premier cylindre est normalement utilisé comme cylindre inférieur alors que le second cylindre constitue le cylindre supérieur Le cylindre inférieur à double concavité et le cylindre supérieur à double convexité, selon l'invention, procurent divers avantages par rapport à la technique antérieure Tout dtabord, les parties ter- minales opposées des cylindres de rupture, ctest-à-dire les emplacements o les parties marginales de la bande mé- tallique sont incurvées, peuvent être plus larges que cel- les des montages habituels comportant des cylindres à concavité et à convexité simples pour une dimension axiale donnée des cylindres. En outre, on réalise cet avantage sans montée trop abrupte de la surface du cylindre inférieur vers les extré- mités axiales du cylindre, comme c'était le cas dans la technique antérieure. Les cylindres de formage perfectionnés, ainsi pro- filée de manière à exercer des forces suffisantes de com- pression sur les parties marginales de la bande métallique, assurent un formage efficace des parties marginales de la bande métallique avec un risque très grandement réduit d'un retour par effet de ressort et sans formation de bords ondu- lés, même lorsque la bande métallique est mince L'appari- tion de marques de cylindres sur la bande métallique est aussi pratiquement éliminée Un tel formage précis des par- ties marginales de la bande métallique, selon l'invention, permet un laminage ultérieur de la bande pour lui donner une forme tubulaire et le soudage de ces bords ensemble, grâce à quoi on obtient un tube dont les défauts de rondeur sont réduits au minimum. En outre, puisque les cylindres de rupture selon l'invention sont très bien calculés, comme indiqué, pour tirer le parti maximum de l'application des forces de com- pression en vue d'incurver les parties marginales de la bande on peut donner à ces cylindres un plus faible poids que celui des cylindres connus pour laminer une bande métalli- que possédant des propriétés physiques données Ainsi, en dépit de tous leurs avantages, les cylindres de rupture selon l'invention sont moins coûteux que leurs équivalents classiques. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig 1 est une vue de côté d'une paire habituelle de cylindres de rupture qu'on utilise pour la fabrication de tubes soudés. La fig 2 est une vue en perspective d'une paire perfectionnée de cylindres de formage par rupture cons- truits selon les concepts de l'invention et représentés avec une bande métallique en cours de laminage par ces cylindres. La fig 3 est une vue de c 8 té à plus grande échelle du cylindre inférieur de la paire indiquée à la fig 2. La fig 4 est une vue de côté à plus grande échelle de la paire perfectionnée des cylindres de rupture appa- raissant à la fig 2. La fig 5 est une vue de côté d'une variante de réa- lisation du cylindre inférieur de rppture selon l'invention. Les fig 6 A, 6 B, 6 C et 6 D sont des vues partielles de c 8 té, partiellement en coupe, montrant plusieurs jeux de cylindres de façonnage qu'on place immédiatement après les cylindres de rupture perfectionnés selon l'invention, afin de cintrer la bande métallique et de lui donner une forme tubulaire. On considère comme essentiel qu'avant d'effectuer une étude détaillée de l'invention, on donne une descrip- tion de la paire habituelle de cylindres de rupture d'une façon assez détaillée pour bien faire ressortir ainsi les caractéristiques et les avantages de l'invention La fig 1 représente le cylindre inférieur concave 10 et le cylindre convexe 12 qu'on utilisait Jusqu'à présent pour incurver les parties marginales longitudinales opposées d'une bande métallique qui n'apparatt pas sur cette figure, pour fa- çonner cette bande en un tube soudé. Si l'on prend par exemple le cylindre inférieur concave 10, on peut se rendre compte des problèmes de la technique antérieure La surface de travail de ce cylindre inférieur est constituée par deux parties terminales AB, chacune profilée en arc de cercle ayant un rayon r, et une partie centrale BCB également en arc de cercle, mais sui- vant un raycn R Chaque partie terminale AB du cylindre 10 est cintrée en arc de cercle suivant un rayon beaucoup plus petit que celui de la partie centrale BCB et coopère avec la partie correspondante du cylindre supérieur convexe 12 pour incurver les parties terminales respectives de la bande métallique Pour donner aux parties terminales AB du cylin- dre inférieur une largeur aussi grande que possible et pour ainsi incurver les parties marginales larges de la bande métallique d'une façon correspondante, il est nécessaire que les parties terminales montent deune façon abrupte vers les extrémités axiales opposées du cylindre Ainsi une distance considérable D existe entre le point le plus bas au milieu de la partie centrale BCB et le point le plus haut à l'extrémité extérieure de chaque partie terminale AB quand on mesure ces distances dans le sens radial du cy- lindre. Lors du laminage de la bande métallique entre les deux cylindres de rupture 10 et 12, le cylindre supérieur est forcé vers le bas en direction du cylindre inférieur suivant une direction normale aux axes des cylindres, comme il est indiqué par la flèche F à la fig 1 Cependant, pour incurver les parties marginales de la bande, les parties terminales des cylindres exigent des forces Fl suivant des angles très importants par rapport à la direction de la force F Les composantes FI de la force F sont en général insuffisantes pour Incurver les parties marginales de la bande métallique à l'encontre d'une possibilité quelconque de retour élastique et on obtient ainsi des bords ondulés. Un autre inconvénient réside dans la différence importante entre les vitesses périphériques des parties terminales AB et de la partie centrale BCB du cylindre inférieur. Comme il a été mentionné, il en résulte des marques de cy- lindres sur la bande métallique. La présente invention offre une solution à tous les problèmes de la technique antérieure Comme on peut le voir en perspective à la fig 2, l'invention crée un jeu perfec- tionné de cylindres de rupture comprenant un cylindre infé- rieur 14 à double concavité et un cylindre supérieur 16 à double convexité Les axes des deux cylindres de rupture 14 et 16 sont orientés parallèlement l'un à l'autre et sont légèrement espacés l'un de l'autre pour définir un trajet ondulé entre eux En suivant ce trajet, une bande métalli- que S est cintrée pour prendre la forme correspondante re- présentée de section transversale, forme telle que les par- ties marginales, longitudinales opposées soient incurvées en vure *arclérer les opérations ultérieures de laminage et roulage suivant une forme tubulaire, comme on l'expli- quera plus en détail à propos des fig 6 A à 6 D. La fig 3 représente le cylindre inférieur 14 à double concavité à plus grande échelle pour bien faire res- sortir les particularités structurales du cylindre La sur- face de travail 18 de ce cylindre inférieur comprend une partie médiane convexe 20, deux parties terminales conca- ves 22 sur les c 8 tés-opposés de la partie médiane et deux parties marginales rectilignes ou non incurvées 24 dont chacune est interposée entre la partie médiane convexe et l'une des parties terminales concaves Les parties margi- nales 24 ne constituent cependant pas une caractéristique essentielle de l'invention considérée sous son aspect le plus large. La partie médiane convexe 20 du cylindre inférieur 14 est profilée en arc de cercle suivant un angle O et avec un rayon Rl Dans le mode de réalisation représenté, comportant les deux parties marginales 24, l'angle Q est compris entre environ 16 et 40 La longueur de la surface de la partie médiane convexe 20 couvre environ 38 à 52 % de la longueur de la surface de travail 18 du cylindre inférieur 14, quand on mesure cette longueur dans une direction parallèle à l'axe du cylindre Si l'angle e était inférieur à environ 16 , la partie médiane 20 deviendrait presque rectiligne, la longueur de sa surface transversale étant incontestablement proportionnelle à celle de toute la surface de travail 18 Il serait alors impossible de réduire la montée DR des parties terminales concaves 22 qu'on doit maintenir à une valeur minimum pour les raisons qui ont déjà été exposées Si toutefois l'angle 0 était supérieur à environ 40 , la partie médiane 20 formerait une protubérance irrégulière, la longueur de sa surface trans- versale étant encore une fois proportionnelle à celle de la surface de travail 18 Une telle protubérance excessive de la partie médiane 20 prête à objection en raison de la protubérance résultante vers le haut de la partie centrale de la bande métallique S qui rendrait difficile le laminage et roulage ultérieurs de cette bande pour lui donner une forme tubulaire, pouvant être à l'origine d'un endommagement éventuel de la bande métallique au cours de ce laminage. Les deux parties terminales concaves 22 du cylindre inférieur 14 sont chacune cintrées en arc de cercle suivant un angle O 1 avec un rayon r 1 plus petit que le rayon RI de l'arc de la partie médiane convexe 20 La longueur de la surface combinée des parties terminales concaves repré- sente environ 40 à 45 % de la longueur de la surface de travail 18 du cylindre inférieur 14, quand on la mesure dans une direction parallèle à l'axe du cylindre Les lon- gueurs des surfaces combinées des parties marginales recti- lignes 24 sont d'environ 8 à 17 % de la longueur de la surface de travail 18 même si on la mesure dans une direc- tion parallèle à l'axe du cylindre La partie médiane convexe 20, les deux parties terminales concaves 22 et les deux parties marginales rectilignes 24 définissent une surface continue. pour constituer les contours à double concavité de la surface de travail 18. Avec une telle construction du cylindre inférieur de rupture 14, on voit que les parties marginales concaves 22 peuvent être plus larges que les parties correspondan- tes du cylindre 10 selon la technique antérieure (fig 1). par rapport à une dimension axiale donnée du cylindre, sans provoquer de montée abrupte des parties terminales vers les extrémités axiales du cylindre En outre, l'inter- position des parties marginales rectilignes 24 entre la partie médiane convexe 20 et les parties terminales conca- ves 22 sert à empêcher l'impression des marques des cylin- dres ou dès marques de frottement sur la bande métallique S, gr Ace au changement sans heurts de la surface de tra- vail 18 Les autres avantages qui proviennent de ces carac- téristiques du cylindre inférieur de rupture selon l'inven- tion seront évidents à la lecture de la description qui vient d'être faite des cylindres selon l'invention et des cylindres de la technique antérieure. A la fig 4, on a représenté le cylindre supérieur à double convexité 16 ainsi que le cylindre inférieur à double concavité 14 dans leurs positions respectives de travail Le cylindre supérieur 16 est profilé de façon complémentaire au cylindre inférieur 14,en présentent une surface de travail 26 qui comprend une partie médiane concave 28, deux parties terminales convexes 30 sur les côtés opposés de la partie médiane et deux parties margi- nales rectilignes 32 dont chacune est interposée entre la partie médiane concave et l'une des parties terminales convexes Ainsi les surfaces de travail 18 et 26 des deux cylindres de rupture 14 et 16 sont sensiblement parallèles l'une à l'autre suivant leurs lignes de contact avec la bande métallique Le terme Isensiblement" a été utilisé dans la phrase précédente, car les lignes opposées des deux surfaces de travail 18 et 26 sont délibérément réalisées de façon non exactement parallèle l'une à l'autre, selon une caractéristique supplémentaire de l'invention Cette absence de parallélisme rigoureux apparatt lorsque l'espa- cement entre les parties marginales rectilignes 24 et 32 de chaque paire opposée devient progressivement plus grand quand on se rapproche des parties médianes 20, 28 des cy- lindres Pour les meilleurs résultats, l'angle Q 2 entre les parties marginales de chaque paire, suivant les lignes divergentes de contact avec la bande métallique, est com- pris entre environ 0,2 et 3,0 1 et,de préférence, entre 0,5 et 1,50. Naturellement, les espacements entre les paires op- posées de parties terminales 22 et 30 des cylindres de rupture 14 et 16 sont donc un peu plus faibles que l'espa- cement entre la paire opposée de parties médianes 20 et 28. Cela veut dire que pour une force donnée exercée de haut en bas par le cylindre supérieur 16, des forces de compres- sion plus grandes sont exercées sur les parties marginales longitudinales de la bande métallique 16 par les deux pai- res opposées de parties terminales 20, 22 et 30 des cylin- dres Pour exprimer le même critère d'une façon différente, on peut dire que des forces de compression moins élevées doivent être appliquées aux cylindres pour incurver les bords de la bande métallique Cet avantage, en combinaison avec ceux qui ont déjà été mentionnés, permet de réduire les diamètres des cylindres, de rupture et de les cons- truire avecun poids moins important. La fig 5 représente une construction légèrement modifiée du cylindre inférieur de rupture 14 a La modifi- cation concerne la subdivision de chaque partie terminale concave du cylindre inférieur en deux segments 34 et 36 profilée en arc de cercle suivant des rayons différents r 2 et r 3 Le rayon r 2 de l'arc du segment extérieur 34 est inférieur à celui du segment intérieur 36 En variante, chaque partie terminale concave du cylindre inférieur peut être subdivisée en trois ou un plus grand nombre de tels segments cintrés suivant desarcs de rayons différents. Dans ce dernier cas, les rayons des arcs de chaque série de segments peuvent être progressivement de plus en plus petits en partant du segment le plus intérieur vers le segment le plus extérieur Le cylindre inférieur modifié 14 a est identique à tous autres égards au cylindre 14. La subdivision de chaque partie terminale concave du cylindre inférieur de rupture en au moins deux segments, comme expliqué plus haut, offre l'avantage de permettre le réglage de courbure des parties marginales de la bande métallique selon le degré anticipé de retour par effet de ressort Les enseignements de la fig 5 sont d'un intérêt particulier pour la courbure des bords d'une bande en acier inoxydable, en acier à ressorts, en acier au titane ou en un matériau analogue possédant un degré élevé de retour par effet de ressort. Aux fig 6 A à 6 D, on a représenté quatre paires suc- cessives de cylindres de façonnage qu'on doit placer immé- diatement à la suite de la paire perfectionnée de cylin- dres de rupture selon le-invention pour transformer la bande métallique S en un tube soudé Après avoir incurvé les parties marginales longitudinales opposées par l'action des cylindres de rupture, on fait passer la bande métallique S entre deux cylindres latéraux 38 qu'on voit à la rig 6 A. Ces cylindres latéraux agissent principalement comme guides, même s'ils impriment une légère contrainte transversale à la bande métallique, de sorte que sa section transversale reste pratiquement inchangée La paire suivante de cylin- dressupérieur et inférieur 40, que lton voit à la fig 6 B, agit seulement sur la partie centrale de la bande métallique S en conférant à cette dernière la forme approximative d'un arc de cercle La bande métallique S reçoit une forme approximativement semi-circulaire lors de son passage ulté- rieur entre une autre paire de cylindres latéraux 42 (fig 6 C) Ensuite les cylindres supérieur et inférieur 44 (fig 6 D) donnent à la bande métallique S la forme d'un arc d'un rayon plus petit en agissant seulement sur sa partie centrale Ensuite, la bande métallique peut être façonnée pour devenir un tube soudé par des moyens et par des techni- ques qui seront évidents aux spécialistes de la question. il Diverses modifications des détails des cylindres perfectionnés de rupture selon l'invention seront évidentes aux spécialistes en fonction des exigences particulières de fabrication de tubes soudés d'un modèle ou d'un autre. Il est donc bien entendu que les modes de réalisation qui ont été décrits ne sont que des exemples qu'on peut modi- fier à volonté sans sortir du cadre de l'invention. -12 REVENDICATIONS 1 Jeu de cylindres de rupture pour incurver une bande métallique plate à titre de première opération dans un laminoir de fabrication de tubes métalliques soudés, par lequel la bande incurvée est soumise successivement à une première passe d'ébavurage, une passe de soudage et une passe de calibrage, caractérisé en ce que le Jeu de cylin- dres de rupture-comprend un premier cylindre ( 14) ayant une partie médiane convexe ( 20) et deux parties terminales concaves ( 22) de part et d'autre de la partie médiane et un second cylindre ( 16) ayant une forme complémentaire au premier cylindre ( 14) et dont l'axe est parallèle à celui du premier cylindre pour définir un passage de la bande métallique entre eux. 2 Jeu de cylindres de rupture selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le premier cylindre ( 14) comprend deux parties marginales ( 24), chacune interposée entre une partie médiane convexe ( 20) et l'une des parties terminales concaves ( 22). 3 Jeu selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie médiane convexe ( 20) du premier cylindre ( 14) fait un arc de cercle suivant un angle compris entre 16 et 400 environ. 4 Jeu selon la revendication 3, caractérisé en ce que la longueur de la surface de la partie médiane con- vexe du premier cylindre ( 14) est comprise entre environ 38 et 52 % de la longueur de la surface de travail du pre- mier cylindre; la longueur de la surface combinée des parties terminales concaves ( 22) du premier cylindre ( 14) est comprise entre environ 40 et 45 % de la longueur de la surface de-travail du premier cylindre; et la longueur de surface combinée des parties marginales droites du premier cylindre ( 14) est de 8 à 17 % de la longueur de la surface de travail du premier cylindre ( 14), toutes ces dimensions étant mesurées dans le sens parallèle à l'axe du premier cylindre. Jeu selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second cylindre ( 16) présente deux parties margi- nales ( 32) qui correspondent aux parties marginales ( 24) du premier cylindre ( 14) et en ce que l'espace entre cha- que paire de parties marginales opposées ( 24, 32) des pre- mier et second cylindres ( 14, 16) augmente progressivement vers les parties médianes ( 20, 28) des cylindres. 6 Jeu selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle entre chaque paire de parties marginales oppo- sées des premier et second cylindres ( 14, 16) est compris entre environ 0,2 et 3,00. 7 Jeu selon l'une des revendications 1 à 6, carac- térisé en ce que chaque partie terminale concave ( 22) du premier cylindre ( 14) est subdivisée en au moins deux seg- ments ( 34, 36) formant des arcs de cercle ayant des rayons différents, le rayon d'arc du segment ( 34) plus proche de l'extrémité axiale du premier cylindre ( 14) étant plus petit que le rayon d'arc de l'autre segment ( 36).