Brevet FR2553012A1 — publié le 19850412

PROCEDE DE CONTROLE DES CONDITIONS DE LUBRIFICATION DU MANDRIN D'UN LEII.NOIR A PAS DE PELERIN ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. Le procédé qui fait l'objet de l'invention concerne le contrôle des conditions de température et de lubrification qui règnent dans la zone de travail d'un laminoir à tubes à pas de pèlerin à froid. I1 est connu que la déformation très importante que subit le tube au cours de son laminage entre le mandrin et les gorges des cylindres d'un laminoir de ce type entraine un échauffement très important de ce tube qui se transmet au mandrin. Afin de limiter cet échauffement, il est connu d'arroser extérieurement le tube au moyen d'un lubrifiant qui joue en même temps le rôle de fluide de refroidissement. Générale ent, le tube est également lubrifié à l'intérieur. De façon connue, cette lubrification peut etre réalisée par exemple par une opération de trempé, dans un bac d'huile, préalablement au laminage, ou par i-trodllction d'un lubrifiant à l'intérieur du tube dans l'espace compris entre celui-ci et la tige porte-mandrin en amont du mandrin. En fait le lubrifiant introduit à l'intérieur du tube a pour but essentiel de créer un film à la surface de celui-ci qui permet au tube de glisser sans grippage sur le mandrin au cours de sa déformation. De tels moyens de lubrification et de contrôle de la température de laminage conviennent pour les laminoirs à pas de pèlerin utilisés de façon courante pour réduire ies tubes de relativement faible section. Par contre, il est connu que, lorsqu'on veut augmenter les cadences de production ou utiliser de tels laminoirs pour effectuer de fortes réductions ou/et travailler des tubes de grosse section, de sérieuses diffi cultés sont rencontrées. En effet même un arrosage relativement intense effectué sur la surface extérieure des tubes en cours de laminage n'empêche pas un échauffement très important de ces tubes dans la zone qui est en contact direct avec le mandrin. Ceci est en particulier le cas des tubes en métaux ou alliages de faible conductivité thermique tels que les aciers. Dans de telles conditions on constate une montée en température du mandrin, dans sa zone de contact avec le tube qui peut être une cause de destruction du film lubrifiant qui recouvre la surface interne de ce dernier et de grippage du tube sur le mandrin.On peut aller a 3sister à une détérioration de la surface du mandrin par fissuration de ladite surface. On a donc recherché dans le but a'améliorer les conditions de laminage et/ou d'éviter la détérioration du mandrin la possibilité, d'une part d'abaisser la température du nandrin pour éviter la décomposition des lubrifiants utilisés, et d'autre part d'améliorer les conditions de lubrification de la surface interne du tube dans la zone de laminage. Le procédé de contrôle des conditions de température et de lubrification du mandrin d'un laminoir à pas de pèlerin à froid qui fait l'objet de l'invention s'applique aux laminoirs à pas de pèlerin équipés d'un mandrin de laminage. Ce mandrin de laminage est, de préférence, fixé de fa çon démontable par son extrémité amont à l'une des deux extrémités d'une pièce de liaison, l'autre extrémité étant fixée à une tige porte-nanorin. On peut envisager cependant d'utiliser pour la mise en oeuvre de l'invention un ensemble nonobloc, non démontable, constitué par le man de laminage proprement dit, et sa pièce de liaison, qui est alors directement fixé à l'extrémité aval de la tige porte-mandrin. Le diamètre de la portée de révolution de ce mandrin de laminage décroit de l'amntvers l'aval et est avantageusement conique sur la majeure partie de sa loa- gueur.Le procédé suivant l'invention consiste à introduire sous forte pression un fluide dans l'espace annulaire compris entre le mandrin et le tube en cours de laminage en amont de la portée de laminage et en aval d'un premier moyen d'étanchéité annulaire, disposé autour de la pièce de liaison, qui assure l'étanchéité entre le tube et cette pièce, de façon à obliger le fluide à s'écouler en direction de l'aval entre le mandrin et le tube. De préférence un deuxième moyen d'étanchéité annulaire assure également une liaison étanche entre le mandrin et le tube en aval de la portée de laminage de façon à empêcher le fluide de s'échapper vers l'aval et l'obliger à retourner vers l'amont, à travers un passage ménagé dans le mandrin de façon à rejoindre une zone de départ du fluide. I1 est particulièrement avantageux, afin de favoriser le passage du fluide entre la portée de mandrin et le tube en cours de laminage de faire avancer le tube deux fois à chaque cycle de laminage, c'est-à-dire au voisinage de chacun des deux points morts amont et aval. L'arrivée du fluide sous forte pression est réalisée de préférence par l'intérieur de la tige porte-mandrin et le départ de ce fluide est réa lisé de préférence également dans l'espace annulaire entre tige porte-mandrin et tube. Ce départ peut aussi être effectué par l'intérieur de la tige portemandrin moyennant adaptation des canalisations nécessaires. Le fluide utilisé doit avoir des propriétés lubrifiantes. Ce peut être un fluide à base de composés hydrocarbonés ou tout autre fluide susceptible de jouer le rôle de lubrifiant. Ce fluide a avantageusement de bonnes propriétés de transfert thermique. L'invention concerne aussi un dispositif d'introduction de fluide entre le mandrin de laminage d'un laminoir à pas de pèlerin à froid et un tube en cours de laminage ;il comporte un premier moyen d'étanchéité annulaire disposé autour de la pièce de liaison formant joint glissant entre le mandrin et le tube, et un premier moyen de passage ménagé à l'intérieur de la pièce de liaison, dont l'entrée située à l'extrémité amont de la pièce de liaison ou à son voisinage immédiat dans la zone de raccordement avec la tige porte-mandrin est en communication avec une arrivée de fluide sous pression disposée à l'intérieur de la tige porte-mandrin la sortie de ce premier moyen de passage est en communication avec ltes- pace annulaire compris entre le mandrin et le tube en amont de la portée de laminage et en aval du premier moyen d'étanchéité. De façon avantageuse un deuxième moyen d'étanchéité annulaire formant joint glissant entre le mandrin et le tube est disposé autour du mandrin, en aval de la portée de laminage, et un deuxième moyen de passage est ménagé à l'intérieur du mandrin et de la pièce de liaison, l'extrémité d'entrée de ce deuxième moyen de passage est en communication avec l'es- pace annulaire compris entre le mandrin et le tube, en aval de la portée de laminage, et en amont du deuxième moyen d'étanchéité. L'autre extrémité de ce moyen de passage est en communication avec une zone de départ du fluide au voisinage de l'extrémité amont de la pièce de liaison. De préférence la communication entre le deuxième moyen de passage et la zone de départ du fluide est réalisée dans l'espace annulaire compris entre la pièce de liaison et le tube en amont du premier moyen d'étanchéité annulaire. Cette communication peut également être réalisée au niveau de la liaison entre l'extrémité amont de la pièce de liaison et la tige porte-mandrin, à l'intérieur de cette tige moyennant adaptation des canalisations nécessaires. La pression d'injection de fluide est avantageusement comprise entre 10 et 50 bars. La description et les figures ci-après présentent de façon non limitative différents modes de réalisation du procédé et du dispositif suivant l'invention. La figure 1 représente en coupe un mode connu de réalisation d'un mandrin pour lamindir à pas de pèlerin La figure 2 représente en coupe un premier mode de réalisation d'un mandrin suivant l'invention. La figure 3 représente en coupe un deuxième mode de réalisation d'un mandrin suivant l'invention. On voit figure 1 un mandrin (1) fixé à l'extrémité d'une tige porte-mandrin (2) de forme tubulaire par l'intermédiaire d'une pièce de liaison (5). Un tube (3) est représenté en cours de laminage sur la portée conique (4) du mandrin, et donc en contact intime avec celle-ci. Par contre un espace annulaire est ménagé entre pièce de liaison et tube et il existe aussi un léger jeu entre mandrin ettiibe dans la partie aval de celui-ci. La lubrification interne du tube est réalisée par une arrivée d'huile sous pression qui s'effectue par l'intérieur de la tige porte-mandrin en (7), traverse le passage (8) réalisé à l'intérieur de la pièce de liaison et débouche dans l'espace annulaire (9) en amont de la portée de laminage (4). En cours de fonctionnement le lubrifiant interne qui débouche dans ltes- pace annulaire s'échappe en majeure partie vers l'amont en s'écoulant dans l'espace compris entre la tige porte-mandrin et le tube à laminer. Une petite fraction imprègne la paroi interne du tube et permet son glissement sur la portée du mandrin (4) pendant le laminage. Par contre la quantité de lubrifiant entrainée ainsi vers l'aval est beaucoup trop faible pour refroidir de façon notable le mandrin. il en résulte que dans les cas où on lamine des tubes de grosse section avec de forts taux de réduction la température du mandrin devient telle que les lubrifiants perdent leur efficacité, ce qui est une cause de grippage. La figure 2 montre un premier mode de réalisation d'un mandrin suivant l'invention permettant de mettre en oeuvre le procédé également suivant l'invention. On voit un mandrin (10) à portée de laminage conique (11) disposé à l'intérieur d'un tube (12) en cours de laminage et relié à une tige creuse porte-mandrin (13) au moyen d'une pièce de liaison démontable P1. Un premier moyen de passage (14) met en communication une arrivée de fluide lubrifiant sous pression qui s'effectue en (15) avec l'espace annulaire (16) compris entre la pièce de liaison et le tube en amont de la portée de laminage (11). Cet espace annulaire est fermé en amont par un- premier moyen d'étanchéité annulaire. Dans le cas de la figure ce moyen d'étanchéité est un joint à lèvre annulaire (17) disposé dans une gorge (18) formé autour de la pièce de liaison ; la lèvre de ce joint est orientée de façon à résister à la pression du fluide contenu dans l'espace annulaire (16) tout en permettant le glissement du tube (12) de l'amont vers l'aval. Dans la zone où se trouve ce joint il n'y a pas d'échauffement important du tube et de la pièce de liaison étant donné que la déformation s'effectue en aval. Grâce à ce joint le fluide ne peut s'écouler que vers l'aval entre le tube et le mandrin. Un tel écoulement est favorisé chaque fois que le tube est déplacé vers l'aval, le mandrin restant fixe ce qui a lieu au moins une fois par cycle de laminage. Le tube est alors décollé du mandrin ; grâce à la conicité de celui-ci, un débit de fluide relativement important peut être réalisé entre mandrin et tube, à condition que la pression d'alimentation soit suffisante. Le fluide lubrifiant entre ainsi en contact avec la zone qui vient d'être échauffée par la déformation du tube et son action refroidissante est donc particulièrement efficace bien que très brève. En effet, dès que la phase de laminage débute, le passage du fluide entre tube et mandrin est interrompu à nouveau. Afin d'accroître la quantité de fluide qui passe entre tube et mandrin on peut avantageusement faire subir au tube deux avances par cycle de laminage l'une au voisinage du point mort amont et l'autre au voisinage du point mort aval. On peut obtenir ainsi une réduction supplémentaire de la température de surface de la portée du mandrin. On utilise par exemple comme fluide de refroidissement un lubrifiant analogue à ceux auxquels il est fait habituellement appel. Grâce à la réduction de la température de fonctionnement et aussi au renouvellement fréquent du film de fluide lubrifiant qui recouvre la surface interne du tube, il est possible d'éviter le grippage du tube sur le mandrin, même dans le cas de réductions importantes effectuées sur des tubes de grosse section. On voit que dans le cas de la figure 2 le fluide après passage dans l'intervalle compris entre mandrin et tube s'écoule vers l'aval et doit donc être recueilli à l'extrémité aval du tube en cours ou après laminage, ce qui présente des inconvénients sur le plan pratique pour l'ex- ploitationde cette technique. La figure 3 montre un deuxième mode de réalisation d'un mandrin suivant l'invention qui permet d'éviter l'écoulement du fluide vers l'aval. Le mandrin (19) à portée de laminage conique (20) disposé à l'intérieur d'un tube (21) en cours de laminage est relié à une tige creuse portemandrin (22) par une pièce de liaison P2 comme dans le cas de la figure 2 I1 comporte de la même façon un premier moyen de passage (23) mettant en communication l'arrivée de fluide lubrifiant sous pression qui s'effectue en (24) avec l'espace annulaire (25) compris entre la pièce de liaison et le tube et situé en amont de la portée de laminage (20). Cet espace annulaire est fermé du coté de l'amont par un premier moyen d'étanchéité annulaire foré par un joint à lèvre (26) logé dans une gorge (27). En aval de la portée conique de laminage (20) un espace annulaire (28) for é autour d'un prolongement sensiblement cylindrique du mandrin est limité en aval par un deuxième moyen d'étanchéité constitué par un joint annulaire (99) placé dans une gorge (30). Etant donné la température relativement élevée atteinte dans cette zone, ce joint (29) peut être constitué. par un ou plusieurs segnents métalliques qui raclent la surface interne du tube. Un deuxième moyen de passage (31) qui s'étend sur presque toute la longueur du mandrin et débouche par les canaux radiaux (32) dans l'espace annulaire (28) met en communication-cet espace avec l'espace annulaire (33) compris entre la tige porte-mandrin et le tube en amont du joint à la lèvre (26). On voit que, dans le cas de ce mandrin ainsi aménagé, le fluide sous pression qui est envoyé dans l'espace annulaire (25) à partir de la zone d'arrivée et à travers le premier moyen de passage (23) s'écoule vers l'aval entre le tube (21) et la portée conique t20) du mandrin jusqu'à l'espace annulaire (28). Grâce au deuxième joint (29) le fluide retourne vers l'amont à travers le deuxième moyen de passage (31-3?) jusqu'à l'espace annulaire(33). Au delà le fluide s'écoule vers l'amont et peut être facilement recueilli et recyclé. Une telle disposition rend plus facile l'exploitation du laminoir. Dans les modes de réalisation représentés aux figures 2 et 3 les pièces de liaison P1 et P2 sont reliées aux mandrins de laminage t0) et(l9)par des bouts filetés R1 et R2. Le raccord R2 est traversé par le moyen de passage (31). Comme cela a été dit plus haut on peut envisager de réaliser en une seule pièce I > ek semble formé par le mandrin de laminage et la pièce de liaison. A titre d'exemple on lamine à froid sur un laminoir à pas de pèlerin muni d'un mandrin comportant un dispositif de lubrification conforme à la figure 3, une ébauche de tube d'acier de 114 mm de diamètre extérieur et 16 mm d'épaisseur. On injecte un lubrifiant convenable en (23) sous une pression d'environ 15 bars. Ce lubrifiant après circulation entre mandrin et tube re tourne vers l'amont par le passage (32) et (31). On obtient un tube laminé de76 mm de diamètre extérieur et de 8 mm d'épaisseur produit à la cadence d'environ 160m/heure.On constate que l'état de surface de la paroi interne du tube est excellente. De très nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé qui font l'objet de l'invention sans sortir du domaine de celle-ci. On peut en particulier utiliser des mandrins de forme autre que comique, à condition que la section de leur portée de laminage décroisse de l'amont vers l'aval ; il faut en effet qu'au moment de l'avance du tube celui-ci se décolle du mandrin. Les sections des premier et deuxième moyens de passage doivent être déterminées, en tenant compte de la pression de fluide à l'arrivée pour permettre un débit suffisant de ce fluide sans cependant nuire à la teaue mécanique du mandrin. On peut utiliser une grande variété de fluides de refroidissement en dehors des lubrifiants utilisés de façon habituelle. Les fluides doivent combiner l'aptitude au transfert thermique et l'aptitude à la lubrification dans les conditions particulières aux laminoirs à pas de pèlerin. REVENDICATIONS 10) Procédé de lubrification du mandrin d'un laminoir à pas de pèlerin à froid dans lequel on utilise un mandrin de laminage dont l'extrémité amont est prolongée par une pièce de liaison fixée à la tige porte-mandrin, ce mandrin comportant une portée dont le diamètre décroit de l'amont vers l'aval, caractérisé en ce qu'on injecte sous forte pression un fluide dans l'espace annulaire compris entre la pièce de liaison et le tube en cours de laminage en amont de la portée de laminage et en aval d'un premier moyen d'étanchéité annulaire, qui assure une liaison étanche entre le tube et la pièce de liaison, de façon à obliger le fluide à s'écouler en direction de l'aval entre le mandrin et le tube. 20) Procédé suivant revendication 1, caractérisé en ce que un deuxième moyen d'étanchéité annulaire, qui assure une liaison étanche entre le mandrin et le tube en aval de la portée de laminage empêche le fluide de s'échapper vers l'aval et l'oblige à retourner vers l'amont, à travers un passage ménagé dans le mandrin de façon à rejoindre une zone de départ du fluide. 30) Procédé suivant revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que on favorise le passage du fluide en effectuant une double avance du tube à chaque cycle de laminage au voisinage de chacun des points morts amont et aval. 40) Procédé suivant les revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que l'arrivée du fluide sous forte pression s'effectue par l'intérieur de la tige porte-mandrin et en ce que le départ du fluide s'effectue dans l'intervalle annulaire entre tige porte-mandrin et tube ou à l'intérieur de la tige porte-mandrin. 50) Procédé suivant les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'arrivée du fluide sous forte pression s' effectue par l'intérieur de la tige porte-mandrin. 60)Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est un lubrifiant à base de composés hvdrocarbonés. 7 ) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le mandrin et la pièce de liaison constituent une seule et même pièce. 80) Dispositif d'introduction de fluide entre la portée (11) d'un mandrin de laminage (10) d'un laminoir à pas de pèlerin à froid et un tube (12) en cours de laminage, caractérisé en ce qu'il comporte un premier moyen d'étanchéité annulaire (17) disposé autour de la pièce de liaison en amont de la portée de laminage, formant joint glissant entre la pièce de liaison et le tube, et un premier moyen de passage (14) ménagé à l'intérieur de la pièce de liaison, dont l'entrée, située àl'extré- mité amont du mandrin, ou à son voisinage immédiat dans la zone de raccordement avec la tige porte-mandrin, est en communication avec une arrivée de fluide sous pression (15) disposé à l'intérieur de la tige porte-mandrin (13), la sortie de ce premier moyen de passage étant en communication avec l'espace annulaire (16) compris entre la pièce de liaison et le tube en amont de la portée de laminage et en aval du premier moyen d'étanchéité (17). 90) Dispositif suivant revendication 8, caractérisé en ce que un deuxième moyen d'étanchéité annulaire (29) est disposé autour du mandrin en aval de la portée de laminage de façon à former un joint entre le mandrin et le tube, et un deuxième moyen de passage (31), étant ménagé à l'intérieur du mandrin, dont l'extrémité d'entrée (32) est en communication avec l'espace annulaire (28) compris entre le mandrin et le tube en aval de la portée de laminage (20) et en amont du deuxième moyen d'étanchéité, l'autre extrémité étant en communication avec une zone de départ du fluide (33) au voisinage de l'extrémité amont de la pièce de liaison (P2). 100)Dispositif suivant revendication 9, caractérisé en ce que la com municátion avec la zone de départ du fluide est réalisée dans l'espace annulaire compris entre la pièce de liaison et le tube en amont du premier moyen d'étanchéité annulaire. 110)Dispositif suivant l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le mandrin et la pièce de liaison constituent une seule et même pièce.