Brevet FR2543028A1 — publié le 19840928

Procédé de formage d'une ébauche de rail métallique. L'invention concerne un procédé de formage d'une ébauche de rail métallique, l'ébauche étant desti- née à être laminée ensuite par le procédé de laminage universel des rails. Ces ébauches, ayant une section grossière- ment profilée, ont jusqu'ici été formées le plus souvent par laminage dans des cages duo. Le but de l'invention est de proposer un nouveau procédé de formage d'ébauche exploitant au maximum l'existence d'un ensemble de cages universelles et refouleuses (cage universelle et cage duo) dans un la- minoir, supprimant le ou les "breakdown" classiques. Le procédé de l'invention comprend deux phases principales: dans les premières passes, une première phase de défonçage de la partie devant constituer l'âme, opérée à l'aide des cylindres horizontaux de la cage universelle, accompagnée d'une réduction du champignon par l'un des galets verticaux; dans les passes suivantes, une deuxième phase de réduction simultanée de l'âme et des flancs du champignon par les cylindres horizontaux, et du patin par l'un des galets verticaux de la cage universelle, l'autre galet étant inactif. Le défonçage préalable de la partie devant constituer l'âme signifie une réduction prioritaire de ladite partie au détriment de la réduction des parties devant constituer le patin ou le champignon et permet, par un dégrossissage rapide initial, de réduire le nombre total de passes. Dans le cas o le rapport entre la largeur du patin et l'épaisseur de l'ébauche est relativementim- portant, on peut procéder au formage du patin par fendage et laminage successifs au moyen de galets de profils différents. Le corroyage et la bonne symétrisation de l'ébauche sont obtenus par laminage en cannelure rou- lante dans la cage duo normalement associée à la cage universelle Il est avantageux de placer la cage duo et la cage universelle côte à côte ou sur des axes décalés, plutôt qu'en ligne, pour ne pas être tributaire de contraintes de forme de cannelures ou de séquence de passes. Pour la mise en oeuvre des deux phases du procédé de l'invention, on utilise la même paire de cylindres horizontaux à table étagée, le décrochement entre les deux étages étant égal à la profondeur du défonçage d'âme de la première phase. L'invention sera mieux comprise à la lec- ture de la description suivante faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement la prise de fer initiale en emprise dans la cage universel- le de l'invention, la figure 2 représente une section de la prise de fer initiale avec respectivement, en hachures droites et gauches, les réductions exercées au cours des première et seconde phases du procédé de l'invention. les figures 3 A à 3 C montrent trois types de galets verticaux à profil ouvert, adaptés au fendage du patin conformément au procédé de l'invention les figures 4 A et 4 B représentent le fen dage et le laminage du patin avec le galet des figures 3 A et 3 C respectivement, effectués pendant la première (fig 4 A) et deuxième (fig 4 B) phases du procédé de l'in- vention. -les figures 5 A à 5 D représentent quatre va- riantes des étapes complètes d'un laminage universel inté- gral selon l'invention, depuis la prise de fer initiale jusqu'à l'obtention du profil fini; - -la figure 6 représente le laminage de l'é- bauche exacte dans la cage duo. la figure 7 représente la position de l'ébauche exacte dans la prise de fer. La prise de fer 1 passe dans la cage uni- verselle de l'invention constituée de deux cylindres hor - zontaux 2,3 à table étagée, et de deux galets verticaux 4,5. Chaque cylindre 2,3 comporte une partie cylindrique 2 a, 3 a de plus grand diamètre servant au défonçage de la partie devant constituer l'âme, pendant la première phase, et à sa réduction pendant la seconde phase La partie 2 b, 3 b de plus petit diamètre sert exclusivement pendant la seconde phase à la réduction des flancs du champignon. Ainsi, au cours de la première phase les cylindres horizontaux 2 a, 3 a sont utilisés pour entraîner le produit 1 en réduisant subs- tantiellement (réduction AàA)la partie devant former l'âme du profil (phase de défonçage); les galets verticaux 4,5 sont essentiel- lement utilisés pour centrer le produit 1 dans le plan vertical de laminage de trace XX, distinct en général du plan de symétrie verticale du profil En effet, comme les parties de profil situées de part et d'autre de l'axe XX de défonçage ne sont pas semblables, le taux moyen d'allongement ne s'établit pas spontanément de manière équivalente des deux c 6 tés. L'écoulement du métal a tendance a se faire selon une direction s'éloignant plus ou moins de l'axe de laminage selon que l'écart des volumes situés de part et d'autre de l'axe de défonçage est plus ou moins important. Sans compensation, la direction de sortie de la barre diverge du plan de laminage On dit que la barre "fauche". Pour rétablir la coïncidence de la direc- tion de sortie, il faut provoquer un allongement complé- mentaire par une réduction supplémentaire dans la partie de la section initiale la plus forte, en général du côté champignon, o le galet 5 exerce une certaine pression di- recte destinée à rétablir l'équilibre, tandis que le galet de patin 4 peut n'exercer qu'une contre-pression indirecte due au défonçage de l'âme. Cependant, compte tenu du fait que le galet de champignon 5 ne travaille que pendant la première phase du procédé de l'invention, jusqu'à ce qu'il soit venu en butée contre les cylindres verticaux 2,3, il con- vient d'exercer, au cours de cette première phase, la totalité de la réduction A 1 C destinée au champignon. Cette réduction étant en principe supérieure à la seule réduction complémentaire visant le maintien de la direc- tion de sortie du produit, on doit également réduire par pression directe le patin avec le galet vertical 4 (réduction A 1 P) a Dans la pratique, il est nécessaire d'appli- quer les réductions adéquates en agissant sur les diffé- rents paramètres qui régissent les conditions d'équilibre du système des forces de laminage Les paramètres les plus utiles à considérer sont les diamètres des cylindres et en particulier ceux des galets dont le rapport entre eux eux est défini par les a de réduction; le taux de pres- sion et de réduction et le coefficient d'écoulement. La première pnase se termine quand le défon- çage A 1 A de l'âme a été exercée sur une profondeur cor- respondant au décrochement des parties 3 a, 3 b ( 2 a, 2 b) des cylindres. Au cours de la seconde phase,: les cylindres horizontaux 2,3 exercent une réduction A 2 A sur, l'âme par leur partie 2 a, 3 a, et une réduction égale A 2 F sur les flancs du champignon par leur partie 2 b, 3 b. le galet du champignon 5 est inactif tandis que le galet de patin 4 exerce une réduction A 2 P. Dans le cas de rails de relativement grande largeur de patin (compte tenu de l'épaisseur de la prise de fer), on utilise la méthode de formage par fendage et laminage successifs du patin, en mettant en oeuvre des galets différents qui laminent tout à tour selon une séquence particulière. Ainsi les trois galets 4 a, 4 b, 4 c de type ou- vert montrés en demi-profils aux figures 3 A, 3 B, 4 C peuvent avantageusement être utilisés selon une séquence a,ac,c, par exemple, ole fendage profond opéré par le galet 4 a (fig 4 A) fendant le défonçage de l'âme est suivi d'un laminage par le galet 4 c (fig 4 B) pendant la réduction de l'âme. Ces galets de profils différents peuvent se trou- ver sur plusieurs cages se succédant, ou bien sur des porte-galets spéciaux tels que des porte-galets sauteurs, de type connu, ou des portegalets à tourelles faisant l'objet de la demande de brevet français No 82 13 781. Lors de la deuxième phase du procédé, il con- vient de réaliser l'équilibre des allongements de part et d'autre du plan vertical de laminage Il faut que la poussée latérale à laquelle est soumise l'ébauche par l'action du galet vertical 4 soit transmise par les cylindres horizontaux et absorbée de façon connue en soi (butées des cylindres par exemple) par la cage. Le laminage, opéré selon une séquence d'alter- nance appropriée avec le fendage se fait dans une cage refouleuse, telle que la cage duo refouleuse classiquement associée à la cage universelle sur un laminoir universel. Cette cage duo 7 (fig 6) a pour but de laminer l'ébauche 1 ' dans la cannelure roulante des cylindres 12,13 pour assurer un bon corroyage des extrémités du patin, et une bonne symétrie de la forme selon le plan horizontal YY et lui donner la forme exacte de l'ébauche du rail. La figure 7 montre la position de l'ébauche 1 ' dans la prise de fer 1 et l'emplacement relatif(par rapport à la prise de fer 1) des cylindres 2,3 et galets 4,5 de la cage universelle, et des cylindres 12,13 de la cage duo. On peut, comme représenté sur la fig 5 A, placer la cage duo et la cage universelle en ligne Cepen- dant, comme on le constate sur les trois trains de laminoirs illustrés aux figures 5 B,5 C,5 D, on préfère, bien que ce ne soit pas obligatoire, placer la cage duo et la (les) cage(s) universelle(s) côte à côte (fig 5 B, D) ou du moins sur des axes décalés (fig 5 C). Sur la figure 5 B, on a représenté symboli- quement la prise de fer 1 obtenue par exemple en coulée continue, à l'entrée de l'ébaucheur selon l'invention constitué de la cage universelle 6 et de la cage duo 7 placées côte à côte Les flèches 8 symbolisent les passages alternatifs de la barre entre les cages 6 et 7 pendant la deuxième phase. De façon classique, le laminage se poursuit ensuite selon le procédé universel, dans des cages uni- verselles et refouleuses, selon les étapes dégrossis- seuse 9, intermédiaire 10 et finisseuse 11, jusqu'à l'ob- tention du profilé fini selon le procédé du brevet français N O 1447939. Le schéma de la figure 5 C se distingue de celui de la figure 5 B, en ce qu'on utilise les deux cages universelles 6 et 6 ' d'un tandem dont la cage duo 7 est désaxée, pour réaliser le formage de l'invention. Le schéma de la figure 5 D se distingue de celui de la figure 5 B, en ce qu'on dégrossit l'ébauche formée selon l'invention dans un tandem 9 '. Ainsi qu'on l'a dit, le procédé de l'inven- tion se caractérise en ce qu'on favorise dans les pre- mières passes le défonçage de la partie devant constituer l'âme du rail au détriment des parties devant constituer le patin et le champignon, alors que les épaisseurs sont encore importantes, ceci pour minimiser les efforts la- téraux tout en cherchant à les équilibrer, et augmenter rapidement les possibilités de réaction latérale des cylindres horizontaux en fonction'de la hauteur d'emprise de leurs flancs qui augmente à chaque passe. La prise de fer doit être parfaitement cen- trée dans le plan vertical de laminage C'est pourquoi il est avantageux, au début de la première phase, d'u- tiliser un système de guides à galets, en amont et en aval de l'axe des galets qui guident la barre lorsque déjà saisie entre les parties 2 a, 3 a des cylindres horizontaux, elle n'est pas encore guidée par les galets verticaux 4 et 5 de la cage. REXVENDICATIONS 1 Procédé de formage d'une ébauche de rail, à partir d'une prise de fer (l) à section rectangulaire, caractérisé en ce qu'il comprend essen- tiellement deux phases, réalisées en cage universelle ( 6): dans les premières passes, une phase de défonçage de la partie devant constituer l'âme, par ré- duction opérée à l'aide des cylindres horizontaux ( 2,3), accompagnée d'une réduction du champignon par l'un des galets verticaux; dans les phases suivantes, une phase de réduction simultanée de la partie devant constituer l'âme et de la partie devant constituer les flancs du champignon par les cylindres horizontaux ( 2,3) et de la partie devant constituer le patin par l'un ( 4) des galets ver- ticaux de la cage universelle ( 6), l'autre galet ( 5) étant inactif. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ébauche en formation pendant la seconde phase est laminée dans les cannelures roulantes d'une cage duo ( 7) selon une séquence d'alternance appro- priée à son passage dans la cage universelle ( 6). 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on dispose la cage universelle ( 6) et la cage duo ( 7) c 8 te à côte. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on dispose la cage universelle ( 6) et la cage duo ( 7) sur des axes décalés. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que, au cours de la seconde phase, on procède au formage du patin par fen- dage et laminage successifs au moyen de galets de profils différents ( 4 a, 4 b, 4 c). 6 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que l'on impose un gui- dage latéral de l'ébauche en formation pendant l'étape de défonçage de l'âme. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise des cylindres horizontaux à tables étagées, comportant une partie cylindrique ( 2 a,3 a) de plus grand diamètre servant au défonçage de l'âme pendant la première phase du procédé, et à sa réduction pendant la seconde phase, et une partie cylindrique ( 2 b,3 b) de plus petit diamètre servant exclu- sivement à la réduction des flancs du champignon pendant la seconde phase du procédé.