Brevet FR2521040A1 — publié le 19830812

Procédé de régulation du calibre d'un profil laminé, et cage de laminoir pour la mise en oeuvre du procédé. L'invention concerne un procédé de régulation du calibre d'un profil laminé par les parties agissantes de cylindres formant une cannelure. Le problème consistant à assurer au produit laminé le calibre exact fixé par le calibrage, non seulement au début de la séquence de laminage, mais tout au long de celle-ci, n'a jusqu'à présent pas reçu de solution satisfaisante. Certes, il a été proposé (par exemple dans les brevets français nO 2.389.837 ; 2.015.425 ; 2.130.181)des dispositifs de mesure de l'intervalle du laminage des cages de laminoir,mais ces mesures, rendant compte uniquement de l'écartement des cylindres et intégrant de ce fait les déformations de cédage de la cage ne permettent pas d'atteindre la régularité de calibre souhaitée. L'invention a pour but un procédé de régulation palliant les inconvénients de l'art antérieur et permettant de donner au profil laainé dans une cannelure formée de plusieurs cylindres a chaque stade déterminant de la séquence de laminage la valeur du calibre la plus proche possible de celle fixée par le calibrage et de la conserver tout au long de la durée de laminage. Ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait qu'on mesure la valeur d'au moins un déplacement du contour des parties agissantes dans le plan de pression par rapport à sa position prédéterminée par le calibrage et que l'on modifie en fonction de ladite valeur la position des cylindres dans un sens conduisant à l'annulation de la valeur mesurée. En mesurant le déplacement réel du contour de la cannelure, le procédé intègre toutes les variables qui résultent du travail des cylindres pendant le laminage, à savoir - les jeux de fonctionnement et d'empilage des divers éléments constituant la cage complète de laminoir - l'allongement, torsion, flexion ou compression des éléments de la cage (colonne, vis et écrou, clapets de réglage) - la flexion propre des cylindres et - l'usure de la cannelure et celle des paliers des cylindres. Les deux dernières variables notamment étaient laissées de côté dans les procédés de régulation de l'art antérieur et le lamineur tentait d'assurer la régularité du produit laminé en introduisant des valeurs fictives plus ou moins arbitraires de réglage des cylindres dans le programme de laminage. L'invention assurant une correction en valeurs réelles, tenant notamment compte de l'usure des cannelures, permet de laminer un profil dont les écarts de calibre sont réduits au minimum. Naturellement, selon la forme de la cannelure, on procède simultanément à autant de mesures de déplacement qu'il est nécessaire pour rendre compte des déplacements indépendants des différentes parties du contour de cannelure, et les annuler. Avantageusement, on prend comme source de mesure d'un déplacement la partie de la table du cylindre considéré délimitant une partie de la cannelure, dans la portion du cylindre diamétralement opposée à la portion lainant. Cette façon de procéder permet d'apprécier la valeur exacte du déplacement du contour de la cannelure dans le plan de pression, à l'effet de compression du cylindre près, effet d'ailleurs tout à fait négligeable. En effet, il est couramment admis - que effet de cédage des éléments d'une cage se mesure en millimètres - 3 à 5 mm ; - que l'effet d'usure du cylindre se mesure en 1/100 de millimètres 0,5 à 0,8 mm - que l'effet de compression du cylindre tant qu'il reste dans le domaine de deformation élastique se mesure en microns 0,003 à 0,008 mm Avantageusement, on mesure la valeur d'un déplacement réel du contour en mesurant à chaque passe,à l'aide d'un capteur,l' éloignement de la portion de table de cylindre diamétralement opposée à la portion laminant , d'une part à vide et, d'autre part, en charge Avantageusement, on mesure la valeur d'un dé placement réel du contour au moyen d'une chaîne de cap teurs de position dont les capteurs sont liés à des éléments statiques ou dynamiques de la cage susceptibles d'un mouvement, à l'exception du capteur d'extrémité d'amont qui est isolé d'un tel mouvement, chaque capteur enregistrant le mouvement relatif du- capteur qui vient immédiatement en aval, sauf le capteur d'extrémité d'aval qui mesure le déplacement relatif du contour de cannelure. Cette chaîne ou cascade de capteurs comprend autant de capteurs qu'il est nécessaire pour pouvoir com modément passer du repère mobile que constitue en génB- ral le capteur d'aval au repère fixe que constitue le capteur d'amont. Naturellement, si il est possible de placer le capteur d'aval, enregistrant les déplacements du contour, en repère fixe, la chaîne de capteurs se réduit à ce seul capteur d'aval, isolé du mouvement des éléments statiques ou dynamiques de la cage. Avantageusement, on modifie la position des cylindres ès que leur écart du contour de cannelure avec sa position prédéterminée est supérieur à un seuil donné, fonction de la qualité souhaitée pour le produit fini. On modifie la position des cylindres en action retardée ou, de préférence, en action directe ponctuelle ou continue, à l'aide d'organes auxiliaires tels que vérins, coins, vis et écrous et analogues, et/ou des organes principaux si ceux-ci sont assez puissants. L'invention permet d'assurer au produit laminé à la passe finale une régularité proche de celle déter- minée par le calibrage, ébaucheur, dégrossisseur et intermédiaire, pour que la passe finisseuse soit le calibre idéal du profil nominal, ceci en assurant de manière continue une correction des réglages des cylindres soumis à l'effort de laminage dans les différentes cages du train. L'appli.cation des corrections se faisant passe après passe jusques et y compris la passe finisseuse, celle-ci n'a plus à subir les excès ou les manques de fer des variations aléatoires données au profil au cours de passes non conformes au calibrage. L'invention concerne également une cage de laminoir pour la mise en oeuvre du procédé précité comportant des cylindres définissant une cannelure, et des moyens pour modifier la position desdits cylindres, équipée d'au moins un capteur de position mesurant un déplacement du contour de cannelure et relié fonctionnellement à la commande des moyens de modification de la position des cylindres. L'invention exerce donc tout à la fois a) Une action de conservation de la géométrie de la cage pour maintenir l'axe de laminage pratique sur l'axe théorique. b) Une action de correction des valeurs du calibrage aberrées par l'usure, ou par la variation de résistance du produit lui-même due aux écarts de température le long de l'ébauche (tête, milieu, pied) provenant aussi bien du réchauffage,de l'effet d'extrémité, que de la dérive par échauffement des différents éléments constituant le train de laminoirs pendant le laminage. L'invention sera mieux comprise grâce a la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 montre l'agencement de capteurs conforme à l'invention dans le cas du laminage universel d'un rail ; - les figures 2, 3 et 4 représentent trois variantes d'agencement d'une chaîne de capteurs montés en série pour contrôler la position d'un galet vertical; - la figure 5 montre les différents paramètres mesurés et calculés pour le contrôle de la position d'un cylindre horizontal ; - les figures 6 et 7 représentent deux variantes d'un circuit de correction de la position d'un cylindre horizontal. La figure 1 montre l'agencement des capteurs dans le cas du rail. Tous les capteurs représentés sont des capteurs individuels fixes, pour plus de simplicité, mais il est entendu qu'ils peuvent, en tout ou partie, être remplacés par des chaînes de capteurs. Ces capteurs sont de type connu (capteurs de présence, de proximité, à contact, potentiométriques, etc). Le rail 1 est laminé par les cylindres horizontaux supérieur 2 et inferieur 3, et les galets verticaux de patin 4 et de champignon 5. Le positionnement latéral (ou axial) des cylindres horizontaux 2 et 3 est contrôlé respectivement par les capteurs 6 et 7 mesurant la distance B variable selon les déplacements axiaux des axes 8 et 9 des cylindres 2 et 3. La géométrie du plan de laminage vertical (de trace 19) est assurée par action des capteurs 6 et 7 sur le positionnement latéral des cylindres. Le positionnement des galets verticaux 4 et 5 est contrôlé respectivement par les capteurs 10 et 11 qui mesurent la distance B + b tenant compte du jeu au départ B et de l'usure b (représentée en parties hachurée sur les cylindres et galets). De plus, des capteurs 12 et 13 contrôlentl'éloi- gnement B+b des portées d'éclissage, respectivement supérieure et inférieure côté patin, tandis que des capteurs 14 et 15 contrôlent l'éloignement des portées d'éclissage respectivement supérieure et inférieure, côté champignon. Les capteurs 10, 12 et 13 agissent sur le positionnement du galet de patin 4 pour conserver une épaisseur de patin correcte. De même, les capteurs 11, 14 et 15 agissent sur le positionnement du galet de champignon 5 pour conserver l'épaisseur du champignon correcte. Le positionnement vertical des cylindres horizontaux 2 et 3 est contrôlé par les capteurs 16 et 17 respectivement, l'action desdits capteurs sur le positionnement vertical des cylindres assure la géométrie du plan de laminage horizontal (de trace 18). L'action conjuguée des capteurs 6,7 et 16,17 permet donc le contrôle de l'axe de laminage théorique. Par ailleurs, l'action respective des capteurs 16 et 17 sur le positionnement vertical des cylindres horizontaux permet de conserver une épaisseur d'âme correcte. Naturellement, le positionnement latéral des cylindres horizontaux, en réponse aux indications des capteurs 6 et 7, est prioritaire pour donner sa juste valeur au positionnement des galets verticaux, en réponse aux indications des capteurs 10 et 11, et donner ensuite une parfaite finesse au positionnement vertical des cylindres horizontaux, en réponse aux indications des capteurs 16 et 17. I1 sera observé que les capteurs représentés observent le déplacement du contour de cylindre (ou galet) qu'ils contrôlent, sur la portion diamétralement opposée à la portion laminant (c'est-à-dire sur la portion axialement symétrique à la portion laminant) Dans la pratique du laminage du rail, on peut se contenter de placer les capteurs sur les parties de cylindres (ou galets) qui s'usent le plus : c'est ainsi qu'on peut omettre les capteurs 14 et 15 en négligeant l'usure de la portion laminant les parties d'eclissage côté champignon. Les déplacements des cylindres et galets peuvent etre effectués de la façon suivante. En ce qui concerne la correction des cylindres horizontaux 2, 3, le mouvement de serrage vertical est assuré sur au moins un cylindre par un système de vis et écrou (cf. aussi 36, fig. 6) donc l'action est commandée par un ensemble moto-réducteur (35, fig. 6) programmé. i1 suffit d'introduire les valeurs mesurées B+b dans le programme (cf. infra) pour avoir la correction nécessaire spécifique à une passe donnée, par action sur le moteur principal (35, fig. 6) ou sur le moteur auxiliaire (38, fig. 7). Le mouvement de positionnement axial (ou latéral) peut etre assuré par le mouvement du système de blocage lui-meme par rapport aux montants de la cage (vis-écrou, vérin, double-coins coniques, mus par une action mécanique, électromécanique ou hydraulique) En ce qui concerne la correction des galets verticaux 4, 5, le mouvement de serrage horizontal des galets se fait par une action du moteur de commande agissant sur les porte-galets au moyen de vis et écrou (cf. fig. 2 à 4) ou de verin. La correction se fait par une modification de l'action du moteur principal ou, si l'on a placé un mouvement auxiliaire en série (par exemple coins coniques, vérins hydrauliques, etc.) sur la commande de ce mouvement auxiliaire. Les figures 2, 3, 4 représentent schématiquement trois modes de réalisation de chaînes de capteurs, dans le cas de la détection du déplacement d'un galet vertical, tel que le galet 4 par exemple. Dans la figure 2, le capteur 20 fixé sur le porte-galet 21 mesure le déplacement relatif B1 du galet 4 par rapport au porte-galet 21. Le porte-galet 21 est déplacé par une vis 22 tournant dans 1 'écrou 23, retenu par le porte-écrou 24 solidaire de la cage 25. En amont de la chaîne de capteurs, un capteur 27 indépendant de la cage mesure le déplacement B4 du porte-écrou 24. Une équerre de mesure 26 dont le pied est lié à l'extrémité de la vis 22 permet de connaître,gràce à un capteur 28, (dans le cas de capteurs potentiométriques, une pluralité de noyaux plongeurs 28, traversant la bobine non référencée, peuvent être prévus si la grandeur des déplacements de la vis 22 l'exige) le déplacement B3 de la vis 22 par rapport au porte-écrou 24. Un capteur 29 lié au porte-galet 21 mesure le déplacement B2 du portegalet par rapport à l'extrémité de la vis 22. La somme des indications des capteurs 20, 29, 28, 27 permet de connaître la valeur du déplacement absolu du galet 4. Selon le montage de la figure 3, la vis 22' tourne dans un écrou 23'solidaire du porte-galet 21. Le pied de l'équerre 26' est directement solidaire du porte-galet 21 ; les capteurs 28'de l'équerre 26' captent sa position par rapport à l'appui 30 de vis solidaire de la cage. La chaîne de capteurs 20, 28' se termine en amont par le capteur 31 mesurant le déplacement B3 absolu de lA appui 30. te montage de la fig. 4, encore plus simple, prévoit que l'équerre de mesure 26' est solidaire du porte-galet 21, et que le déplacement B2 de l'équerre (donc du porte-galet) est mesuré de façon absolue par le capteur 28' (la bobine que traverse l'équerre étant donc en repère fixe). Le principe des mesures et des corrections va maintenant être expliqué en détail en prenant pour exemple un cylindre horizontal 2 dont le déplacement vertical est contrôlé par un capteur 16. Sur la même i eme figure 5, sont représentés,lors de la n passe à gauche,d'une part le cylindre 2' à vide et, à droite, le même cylindre 2" en charge. Les parties doublement hachurées représentent l'usure b du cylindre, à la ième paSse-n nième passe. Si xn représente la position programmée des vis de serrage de l'axe 8',8" du cylindre 2',2" à la passe n (cf. également figures 6, 7), P la distance n programmée de l'axe du cylindre au plan de laminage, E l'écartement programmé du contour du cylindre à vide n au plan de laminage, on a,pour chaque passe, les relations X 5 E - E et P = P - X n o n n o n où E et P sont les valeurs de référence établies au dé o o but du laminage. Par principe, le programme théorique de calibrage permet d'établir la séquence du laminage. Il en découle la référence des valeurs mesurées à l'origine par le capteur à vide et en position réglage. Les valeurs A (valeurs de référence) n (fig. 5) sont mises en mémoire et ne peuvent changer une fois la position des cylindres, définie par leur mouvement contrôlé, calée sur la référence d'origine. Toutes les corrections, qui vont intervenir, viennent en addition à l'ordre du programme théorique pris à la sortie de la mémoire 10) Pour établir le programme opérationnel. 20) Pour en corriger les valeurs à la niame passe de la nièmeséquence dans le cas de commande directe ou celle de la nième passe de la (m +1) ème séquence dans le cas de la commande différée ou retar dée. Les mesures enregistrées par le capteur chaque phase de la séquence à vide (A'n) comme en charge (A"n) sont comparées aux valeurs référencées dans la mémoire théorique ou opérationnelle selon le cas. On remarque que la valeur b qui symbolise n 1 usure de la cannelure du cylindre est connue en com parant les valeurs à vide A n et A' n b t A' - A n n n Les valeurs A' sont mesurées par le cap n teur à vide dans les intervalles de laminage. La valeur b de l'usure pour une passe don n née d'une séquence donnée, ne change pas,que les cylindres soient à vide ou en charge. Les valeurs A"n sont mesurées par le cap n teur en charge pendant que la barre est en prise dans les cylindres. ième La mesure A"n à la passe n de la mième séquence sera comparee à la mesure A de référence. n Par principe de construction du système de capteur sur la cage, on a - pour les valeurs de référence (1) An + D + En C, où D est le diamètre du cylindre non usé - pour les valeurs à vide (2) A'n + D' + E' = C n n où D est le diamètre du cylindre usé - pour les valeurs en charge (3) A"n + D' + E"n = C, où C est la même constante pour les trois relations. Avec D = D' + 2 b et E' = E + b n n n n la correction à effectuer est = = E" - E n n n L'opération (1) - (2) donne b = A' - A n n n et (1) - (3) donne a = A - A" + 2 b n n n n donc A = 2 A' - A" - A n n n n Dans le cas de correction An instantanée n continue ou ponctuelle dans les passes de la même séquence, comme dans le cas de correction #n différée à la n (m + l)ème séquence a intérêt à conserver la valeur cor ième ième rigée de la n passe de la (m-l) séquence dans le programme opérationnel à l'engagement de la barre à la nième passe à la mième sequence pour éviter les transitions trop brutales des conditions de laminage d'une séquence à l'autre. Cette façon de procéder permet un resserrement progressif des écarts tout en empêchant la dérive du réglage. Le phénomène complexe de la variation de position du contour de la cannelure du cylindre se déplaçant par rapport à l'axe théorique de laminage - d'une part, sous l'effet instantané dû à la charge sur le cylindre à 11 engagement et pendant la passe à celui des variations possibles de cette charge, - et d'autre part, sous l'effet lent et progressif de l'usure du cylindre au cours du laminage, peut donc se mesurer avec le même capteur 10) par une mesure à vide (temps de repos des cylindres entre les passes) qui permet de prendre en compte le phénomène de l'usure 2") et par la mesure du déplacement sous la charge, qui se fait en charge avec la barre en prise. Pour chaque capteur ou chaîne de mesure, il y a donc trois types de mesures 10) Les mesures à l'étape de réglage de la cage et recherche de la référence. Les cylindres sont placés géométriquement à une valeur de référence connue et choisie par rapport à l'axe de laminage. Ce réglage étant fait, les capteurs sont "calés" et donnent la mesure des valeurs A (origine) n 20) Les mesures à vide au cours du laminage pour chaque passe et en appliquant le programme "théorique"ou "opérationnel" ; les capteurs mesurent pendant le temps libre des cylindres les valeurs A' représen n tatives de l'usure (seule). 30) Les mesures en charge au cours du laminage pour chaque passe et à chaque séquence les capteurs mesurent à charge pendant le temps de travail des cylindres les valeurs A"n représentatives du cédage et n de l'usure. La figure 6 représente le schéma d'un circuit de correction sur les organes de commande principale. Le capteur 16 permet 11 enregistrement en 32 des différents éloignements A (de référence), A' (à vide), A" (en n n n charge) du cylindre 2. A partir de ces valeurs, un calculateur 33 calcule la correction #n devant être ajoutée au niveau de la programmation opérationnelle 34 à la valeur Xn de dé placement des vis 36 donnée par la programmation théorique 37. Les vis 36 sont mues par le moteur 35 commandé par le programme opérationnel 34. Selon la figure 7 > on a prévu des organes auxiliaires (moteur auxiliaire 38 et vérin auxiliaire 39 à l'extrémité de la vis 36) pour réaliser le déplacement de correction An commandé par le programme opérationnel 34. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation du calibre d'un profil laminé par les parties agissantes de cylindres formant une cannelure, caractérisé en ce qu'on mesure la valeur d'au moins un déplacement réel (An) du contour des par- ties agissantes dans le plan de pression par rapport à sa position prédéterminée par le calibrage et on modifie en fonction de la dite valeur la position des cylindres dans un sens conduisant à l'annulation de la valeur mesurée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure la valeur d'un déplacement réel (an) du contour sur la portion de la table de chaque cylindre diamétralement opposée à la portion laminant. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on mesure la valeur d'un déplacement réel tAn) du contour en mesurant à chaque passe à l'aide d'un capteur l'éloignement de la portion de table de cylindre diamétralement opposée à la portion laminant, d'une part à vide (A'n) et, d'autre part, en charge (A" ) 4.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on mesure la valeur d'un déplacement réel (An) du contour au moyen d'une n chaîne de capteurs de position (20,29,28,27) dont les capteurs sont liés à des éléments statiques ou dynamiques de la cage susceptibles d'un mouvement, à l'exception du capteur d'extrémité d'amont (27) qui est isolé d'un tel mouvement, chaque capteur enregistrant le mouvement relatif du capteur qui vient immédiatement en aval, sauf le capteur d'extrémité d'aval (20) qui mesure le déplacement relatif du contour de cannelure. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la chaîne de capteurs est réduite à un capteur isolé du mouvement des éléments statiques ou dynamiques de la cage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on modifie la position des cylindres dès que leur écart du contour de cannelure avec sa position prédéterminée est supérieur à un seuil donné. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on modifie la position des cylindres en action instantanée ponctuelle ou continue. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on modifie la position des cylindres à l'aide d'organes auxiliaires (38, 39), tels que vérins, coins, vis et écrous et analogues. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on modifie la position des cylindres à l'aide d'organes principaux (35, 36). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on modifie la position des cylindres en action retardée. 11. Cage de laminoir comportant des cylindres (2) définissant une cannelure et des moyens (35, 36, 38, 39) pour modifier la position desdits cylindres, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'au moins un capteur (16) de position mesurant un déplacement du contour de cannelure et relié fonctionnellement à la commande (34) des moyens de modification de la position des cylindres.