Brevet FR2560077A1 — publié le 19850830

La présente invention concerne un procédé de réglage de cylindres, de préférence pour utilisation dans des laminoirs à cylindres obliques coniques à trois cylindres, dans lesquels les axes des cylindres forment avec l'axe des matières laminées un grand angle d'écartement B s'ouvrant contre le sens du laminage. Pour des laminoirs à cylindres obliques à réduction élevée, connus comme un laminoir planétaire à cylindres obliques comportant une cage de laminoir rotative et un tube non rotatif, ou comme un laminoir à cylindres obliques coniques à trois cylindres pour la réduction élevée de tubes, comportant une cage de laminoir fixe et un tube rotatif, l'effet du calibre de planage, nécessaire pour tous les procédés utilisant des cylindres obliques, prend une signification particulière. Il résulte de cet état de fait que ces laminoirs à réduction élevée constituent déjà l'étape de finition pour la création des tolérances d'épaisseur de paroi, c'est-à-dire qu'aucun autre formage avec un outil interne n'est prévu. Ainsi, l'ondulation typique dans des processus à cylindres obliques - qui tourne en forme d'hélice autour du tube en constituant un épaississement de paroi - ne peut pas être tolérée, en particulier, pour des parois minces. La même exigence concernant l'effet de planage existe, en fait, aussi pour des laminoirs "mille-pattes" connus, mais avec la différence que l'étirage et l'avance sont très faibles, et que la position dans l'espace de l'axe de cylindre ne forme qu'un angle B très petit par rapport à l'axe des matières laminées. En conséquence, l'effet de planage n'influe que de manière non essentielle pour des réglages de cylindres dépendant de la dimension. 1 Une toute autre situation existe pour des laminoirs à cylindres obliques à réduction élevée, dans lesquels un lingot creux est étiré sur un poinçon cylindrique pour former une ébauche de tube. On peut atteindre de très grands étirages avec les deux laminoirs dans des conditions de vitesses favorables, comme conséquence de la position particulière des cylindres dans l'espace. Il est ici sans importance que, dans le cas d'un laminoir planétaire à cylindres obliques, les cylindres tournent autour du tube de façon planétaire, tandis que, dans le cas d'un laminoir à cylindres obliques coniques à trois cylindres, le tube tourne. Pour cette raison, par la suite, on décrira la matière laminée en rotation, de même qu'on ne considèrera, toujours, qu'un des trois cylindres. Le calibrage particulier des cylindres peut, comme cela est habituel pour des laminoirs à cylindres obliques, être subdivisé en trois régions: une zone d'étirage, une zone de planage et une zone arrondie. La figure 1 montre l'écartement de cylindre d'un laminoir à cylindres obliques coniques à trois cylindres avec le cylindre 1', la zone d'étirage 2', la zone de planage 3' et la zone arrondie 4', dans lequel, pour simplifier la représentation, les axes de cylindre et de la matière laminée se croisent au point X. Dans l'ébauche de tube 6 se trouve le poinçon 7. Dans la zone d'étirage, l'épaisseur de paroi du lingot creux est réduite forcément à l'épaisseur prédéfinie de paroi de l'ébauche de tube dans l'écartement de cylindre se rétrécissant dans le sens du laminage et formé entre l'outil interne et la surface de cylindre, tandis que la circonfé- rence du lingot creux augmente en une dimension différente selon les conditions de tension, de vitesse et de frottement 1 pour former la circonférence de l'ébauche de tube. L'extrémité de la zone d'étirage, qui, d'après la figure 1, peut être constituée d'un épaulement 5 de cylindre, détermine l'épaisseur de paroi de l'ébauche de tube, c'est-à-dire correspondant ici à la partie la plus étroite de l'écartement de cylindre. La nécessité d'avoir-un calibre de planage devient évidente, si on considère le mouvement d'avance en forme d'hélice de la matière laminée et si, en même temps, on examine le profil de l'épaisseur de paroi créé dans l'écartement de cylindre de la zone d'étirage. Exposé de manière simplifié, un profil d'épaisseur de paroi déterminé quitte l'écartement d'un cylindre et entre, après une rotation de 120 , dans l'écartement du cylindre suivant. Comme une avance longitudinale de la matière est liée à la rotation, l'extrémité avant du profil d'épaisseur de paroi n'est plus touchée par la zone d'étirage du cylindre dans laquelle elle entre. La longueur non touchée correspond, là, à l'avance longitudinale correspondant à la rotation de 1200. Si le cylindre se terminait avec la zone d'étirage, l'épaisseur de paroi créée aurait un tracé en forme d'hélice semblable à des dents de scie, par quoi les différences d'épaisseur de paroi seraient dépendantes de la longueur du profil sorti et de la différence de hauteur de profil. Ainsi, le rôle du calibre de planage suivant la zone d'étirage consiste à produire une épaisseur constante de paroi- de l'ébauche de tube. Cela arrive du fait que l'outil interne et la surface de cylindre forment un écartement de cylindre qui correspond à l'épaisseur de paroi de l'ébauche de tube et dont la longueur est au moins identique à l'avance longitudinale qui résulte d'une rotation du tube de 1200. Autrement dit, le calibre de planage est créé du fait que, sur une longueur prédéfinie, la distance entre la surface du solide de révolution "cylindre" et l'axe de la matière laminée reste constante. La ligne de contact entre la matière laminée et le cylindre est, par là, une courbe dans l'espace sur la surface latérale d'un cylindre imaginé. Le diamètre du cylindre correspond au diamètre de l'outil interne plus deux fois l'épaisseur de paroi de l'ébauche de tube. La zone de planage du cylindre n'a pas ainsi, en vérité, une génératrice droite mais, comme cela est également connu pour des machines à dresser à rouleaux obliques pour des matières rondes, une forme hyperboloide. Ce cylindre 1 est représenté sur la figure 2, cylindre qui comporte la zone d'étirage 2, la zone de planage 3 et la zone arrondie 4. L'épaulement a été supprimé dans un but de simplification. Dans la production d'épaisseurs de paroi différentes, il résulte, comme déjà mentionné, des diamètres de sortie différents pour les ébauches de tube produites, de sorte que les tubes à paroi épaisse ne sont que peu élargis, et, au contraire, les tubes à paroi mince sont élargis de façon importante. 1 Pour un domaine large d'épaisseurs minimale - maximale de paroi, ce qui est un argument important pour l'utilisation des laminoirs à cylindres obliques à réduction élevée, il résulte des différences de diamètre, dans un tel ordre de grandeur, rendant non-économique l'utilisation de ces ébauches de tube dans un laminoir étireur - réducteur ou dans un laminoir calibreur - réducteur suivants, dans la mesure o, dans ce cas, un grand nombre de calibres de cylindre doit être tenu en réserve. Pour cette raison, et parce qu'aussi cela n'est pas supportable économiquement de disposer d'un diamètre spécial de poinçon pour chaque épaisseur de paroi de l'ébauche de tube dans le laminoir à réduction élevée, il est nécessaire de régler, de façon correspondante, les cylindres de travail de ce laminoir. Cette sorte de procédé, qui a un sens pour une exploitation pratique, convient, mais s'effondre avec les possibilités de réglage qui existent dans le laminoir. Une recherche théorique des conditions pour le laminoir planétaire à cylindres obliques montre qu'il n'est pas possible, avec le système de réglage existant dans ce cas, de laminer avec un seul calibre de cylindre un domaine de diamètres d'ébauche de tube minimal - maximal suffisant. Il manque un système de réglage par lequel les cylindres pourraient être réglés, de sorte que les épaississements de paroi en forme d'hélice soient diminués. En raison des particularités de construction d'un laminoir planétaire à cylindres obliques, il n'est pas possible de réaliser un système de réglage de ce type. Comme il est révélé dans le brevet allemand n 2 748 770, il existe deux possibilités de réglage dans un laminoir planétaire à cylindres obliques à réduction élevée, et en fait, d'une part, le pivotement de la tête de cylindre 1 autour de l'axe de l'arbre de pignon planétaire et, d'autre part, le réglage du cylindre lui-même dans la direction longitudinale de l'axe de cylindre. Le brevet allemand n 3 044 672 décrit un autre dispositif de réglage, qui a, cependant, en principe, l'action du système de réglage décrit dans le brevet allemand n 2 748 770. Ce qui est nouveau ici, c'est le fait que, contrairement à l'état antérieur, les trois cylindres sont actionnés en même temps. Un autre système est révélé dans le brevet allemand no 3 112 781. Mais ici également, l'effet ne serait pas modifié, mais seulement une autre modification d'un mécanisme de réglage est montré. Pour un laminoir planétaire à cylindres obliques, il est inévitable que le pignon conique fixé à l'arbre de pignon planétaire et la roue conique, fixée à l'axe de cylindre, engrenant avec lui, reste en engrènement géométriquement exact. Du fait de cette condition inevitable, il en résulte, comme cela se produit dans le brevet allemand n 2 748 770, seulement deux degrés de liberté possibles pour la formation d'un système de réglage de cylindres. Pour pouvoir régler une forme de cylindre hyperboloide, respectivement la partie de planage hyperboloide d'un cylindre, dans un système à trois cylindres sur des ébauches de tube de différents diamètres, de sorte que la ligne de contact recourbée dans l'espace entre le cylindre et le tube est, sur toute sa longueur, à la même distance du point central du tube, un troisième degré de liberté est nécessaire. Cela, on peut se le représenter, en simplifiant, sur le cylindre hyperboloide d'une machine à dresser à rouleaux obliques, qui, pour un changement de diamètre du tube, pivote autour d'un axe qui se trouve à angle droit par rapport à l'axe du tube et à l'axe longitudinal des rouleaux et qui est en contact avee ces deux axes. La figure 3 montre le cylindre 1 conique d'un laminoir planétaire à cylindres obliques, cylindre dont la zone de planage 3 repose, dans l'écartement de cylindres, sur le diamètre externe de l'ébauche de tube 6a et qui devrait pivoter autour de l'axe Y-Y, si le diamètre externe de l'ébauche de tube 6a était modifié. L'ébauche de tube 6 se trouve sur le poinçon 7. Comme cette possibilité de pivotement n'existe pas pour le laminoir planétaire à cylindres obliques, les cylindres doivent, euxmêmes, être ajustés aux différents diamètres de tube, pour pouvoir laminer un tube sans épaississement de paroi en forme d'hélice. Mais cela n'est pas, en pratique, applicable, comme un grand nombre de cylindres devraient être tenus en réserve et comme le changement fréquent de cylindres augmenterait le temps d'arrêt de l'installation. Dans chaque cas, le problème d'une correction nécessaire du réglage des cylindres n'est pas résolu, si ceux-ci n'ont pas les dimensions prescrites ou doivent être ajustés du fait de l'usure. Dans ces circonstances, l'absence du troisième degré de liberté se répercute sur chaque cas de façon défavorable. La présente invention a donc pour objet d'augmenter le domaine d'utilisation des cylindres, en rapport aux nécessités pratiques, sans que les conditions dans le calibre de planage interviennent, conditions qui conduisent à des épaisseurs de paroi des ébauches de tube de dimensions différentes, ou bien à une ondulation hélicoïdale des surfaces externe et/ou interne, ou sans, pour ceci, dépasser des limites tolérables prédéfinies. 1 Ce problème est résolu, selon la présente invention, en ce que l'on prévoit un laminoir à cylindres obliques pour la réduction élevée de tubes avec, de préférence, trois cylindres coniques qui sont disposés de façon symétrique autour d'un point central et sont décalés l'un par rapport à l'autre de 1200 et dont l'inclinaison - représentée par l'angle e - est égale de préférence à 50 , laminoir qui est notamment remarquable en ce que chaque cylindre est disposé dans un siège de cylindre qui peut pivoter autour d'un axe de pivotement disposé à une certaine distance, parallè- lement, de l'axe des matières laminées, et en ce que les distances de l'axe de pivotement à l'axe de matières laminées, sont variables, identiquement, de telle sorte que le parallélisme des deux axes reste conservé, ou, de façon différente, de telle-sorte qu'un état non parallèle des axes peut être produit. Selon une autre caractéristique de l'invention, les organes de réglage de tous les cylindres sont couplés. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les organes de réglage sont reliés à un ordinateur programmable qui, pour chaque calibre et la forme de cylindre utilisée, mesure les courses de réglage nécessaires des trois possibilités de réglage et commandent l'entraînement de réglage de façon que ces courses sont réglables automatique- ment. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, à l'aide d'un dispositif de mesure d'épaisseur de paroi sans contact travaillant simultanénement, le tube est analysable directement après avoir quitté l'écartement de cylindre et, lors d'une augmentation de l'épaisseur de paroi, sensible- ment en forme d'hélice, le réglage des cylindres peut être corrigé. 1 Le premier pas sur cette voie est le remplacement d'un laminoir planétaire à cylindres obliques ayant une cage de laminoir rotative par un laminoir à cylindres obliques - coniques à trois cylindres ayant une cage de laminoir fixe. De ce fait, l'entraînement planétaire est éliminé et, avec cela, la dépendance de la position des cylindres de l'engrenage exactement définie entre le pignon conique qui est fixé à l'arbre de pignon planétaire et la roue conique sur l'axe de cylindre. Un laminoir à cylindres obliques coniques à trois cylindres se différencie d'un laminoir planétaire à cylindres obliques à trois cylindres par la cage de laminoir fixe pour une position et une forme des cylindres identiques ou sembla- bles. Contrairement au laminoir planétaire à cylindres obliques, le laminoir à cylindres obliques coniques à trois cylindres présente des avantages importants qui, en fait, ne sont pas en relation directe avec l'invention décrite ci-dessous, mais qui doivent être rapidement mentionnés pour une meilleure compréhension des conditions. Dans un laminoir planétaire à cylindres obliques, une masse importante tourne autour du tube - pour un diamètre de tube maximal d'environ 24 cm environ 100 à 150 tonnes - dont la vitesse de rotation est limitée à cause de la force centrifuge. De ce fait, la vitesse de sortie des matières laminées est limitée, vitesse qui peut être trois fois plus grande dans un laminoir à cylindres obliques coniques à trois cylindres, à cause de l'absence de cette limitation. De plus, le laminoir planétaire à cylindres obliques ne convient que pour des diamètres de tube relativement petits, du fait que le poids du rotor augmente avec le diamètre du tube. Il s'élève, pour un tube d'environ 35 cm à environ 300 à 400 tonnes. Abstraction faite du coût technique -pas trop 1 justifié, il existe aussi un risque important au niveau de la sécurité parce qu'une masse de cet ordre de grandeur tournant à vitesse élevée accumule une énergie cinétique élevée, qui est libérée en cas de panne. La longueur des ébauches de tube réalisable par un laminoir planétaire à cylindres obliques, de 100 mètres et plus, dépend largement de considérations théoriques, du fait qu'en pratique, les longueurs de tube sont limitées, d'une part, par le poids d'utilisation maximale et, d'autre part, par la capacité installée du four de chauffe, en liaison avec le nombre maximal de tubes à fabriquer par heure. Bien que le laminoir planétaire à cylindres obliques peut fabriquer en moyenne une plus grande longueur de tubes que le laminoir à cylindres obliques coniques à trois cylindres, ce dernier, à cause de sa vitesse de sortie de matières laminées plus grande, a une productivité globale, exprimée en tonnes de tube par an, plus importante. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description explicative qui va suivre de modes de réalisation actuellement préférés de l'invention, et faite en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue de l'écartement de cylindre d'un laminoir à cylindres obliques coniques à trois cylindres; - la figure 2 est une vue schématique d'un cylindre; - la figure 3 est une vue schématique d'un cylindre conique d'un laminoir planétaire à cylindres obliques; 1 - La figure 4 est une vue, dans le sens de laminage, de la cage de laminoir; - La figure 5 est une vue d'un cylindre avec son siège de cylindre; - La figure 6 est une vue de la cage de laminoir contre le sens de laminage; - La figure 7 est une vue schématique de l'entraînement des cylindres; - La figure 8 est une vue partielle, en coupe partielle, du dispositif de réglage d'un cylindre; - La figure 9 est une vue partielle, en coupe partielle, d'un dispositif de réglage de cylindre; et, - La figure 10 est une vue d'un autre mode de réalisation du cylindre avec son siège de cylindre. Selon l'invention, le laminoir à cylindres obliques coniques à trois cylindres est équipé d'un système de réglage ou serrage des cylindres, qui possède trois degrés de liberté. La figure 4 est, dans le sens de laminage, une vue de la cage de laminoir 23 comportant les trois cylindres 1,1a et lb. Les cylindres 1,1a et lb sont disposés dans des sièges de cylindre. Le siège 8 du cylindre 1 est représenté dans la figure 5. Le pivot avant 9 du siège 8 est logé dans l'empoise 13, le pivot arrière 10 dans l'empoise arrière 14. Les empoises 13,14 glissent, comme représenté dans la figure 4, dans les fenêtres 24,25 avant et arrière de la cage de laminoir 23. Selon la figure 5, les empoises 13,14 sont réglées par les transmissions de réglage 15 et 16, et les broches 17 et 18. Le système de réglage est étudié de façon que les broches'de réglage 17,18 se déplacent, soit suivant une même course alors la condition: espace A1 = espace A2 est respectée et l'angle e reste inchangé (degré de liberté 1); ou selon des courses différentes - alors la condition: espace A1 # espace A2 est respectée et l'angle 8 est modifié (degré de liberté 2). Comme, selon la figure 4, les transmissions de réglage 15, a et 15b avant sont reliées mécaniquement l'une avec l'autre par une série d'arbres de transmission 21, et de même les transmissions de réglage 16,16a et 16b arrière, non visibles dans cette figure 4, par la série d'arbres de transmission 22, les trois cylindres 1,1a et lb sont réglés de façon synchrone et symétrique par l'intermédiaire des moteurs de réglage 19 et 20, dans la même proportion. Le réglage du troisième degré de liberté est représenté dans la figure 6. Cette figure montre la cage de laminoir vue contre le sens de laminage, mais sans sa moitié avant. Comme cela a déjà été décrit, les sièges de cylindre 8,8a et 8b sont munis de pivots avant 9,9a et 9b, de même que, sur le même axe, de pivots arrière 10,10a et 10b. Les sièges de cylindre 8,8a et 8b sont déplacés en pivotement par les transmissions de réglage 26,26a et 26b, par l'intermédiaire des broches 27,27a et 27b, autour de l'axe de pivot. Les transmissions de réglage 26, 26a et 26b sont actionnées par le moteur 28 et sont reliées, l'une avec l'autre, par une série 29 d'arbres de transmission. Pour compenser le mouvement de pivotement dans l'espace des sièges de cylindre 8,8a et 8b, comme cela est montré de façon significative dans la figure 5, les pivots 9 et 10 sont munis de manchons sphériques 11 et 12, de même que, d'après la figure 6, les broches de réglage 27,27a et 27b sont munies de barres de liaison 39,39a et 39b. 1 L'entralnement des cylindres est réalisé, d'après la figure 7, de façon que le mouvement de pivotement des sièges de cylindre n'est pas retransmis sur l'entraînement. Par exemple pour le cylindre 1 comportant le siège de cylindre 8, il est visible que l'axe d'entraînement est amené dans la position horizontale par l'intermédiaire de la paire de pignons coniques 30 et 31 et que l'arbre de transmission 32 compense les mouvements de pivotement de façon que le moteur d'entraînement 33 peut être monté fixe. Comme cela a déjà été décrit, les empoises du siège de cylindre glissent dans les fenêtres de la cage du laminoir. La figure 8 montre, en coupe, une partie de la cage 23, la fenêtre 24 de la cage, les empoises avant et arrière 13 et 14 avee les pivots avant et arrière 9 et 10, les transmis- sions de réglage 15 et 16 avec les broches de réglage 17 et 18, ainsi que le cylindre 1. Le cylindre 1 pivote, selon le diamètre de l'ébauche de tube, autour de l'axe Z-Z représenté dans la figure 5, par quoi l'angle a, dans la figure 8, est changé en al. Une disposition exacte mathématiquement de la zone de planage 3 du cylindre 1, hors de la périphérie 6b de l'ébauche de tube, d'après la figure 3, ne sera pourtant alors atteinte que si, comme montré en figure 5, l'angle B peut être modifié, sans changer les distances A1 et A2 de l'axe de pivotement Z-Z à l'axe longitudinal des matières laminées. Cela n'est pas en contradiction avec l'affirmation déjà faite, selon laquelle pour l'obtention du deuxième degré de liberté du réglage de cylindres, la condition "espace A1 = espace A2" doit être respectée, comme cette condition est remplie) déjà, par la possibilité de pouvoir modifier 1 l'angle A. La modification des distances A1 et A2, selon la figure 5, n'est qu'une conséquence de l'exécution constructive, représentée, du réglage de cylindres. Un réglage plus exact mathématiquement est montré dans la figure 9. Ici, le siège de cylindre 38 (le siège de cylindrE 38 est seulement visible dans la figure 10) se trouve avec ses deux extrémités 40 et 41 et le cylindre 1 dans deux pièces de pivotement avant et deux pièces de pivotement arrière 34,36 et 35,37. Comme ici l'axe de pivotement Z'-Z', malgré le réglage du siège de cylindre 38, conserve sa position constante, c'est-à-dire l'espace B1 et B2, montré dans la figure 10, de l'axe de pivotement Z'-Z' par rapport à l'axe de la matière laminée, reste inchangé, bien que l'angle B soit modifié, l'axe de pivotement Z'-Z' et l'axe des matières laminées sont toujours parallèles l'un par rapport à l'autre. Ainsi, on peut respecter la condition selon laquelle chaque point de la ligne de contact dans l'espace de la zone de planage 3, montrée dans la figure 3, du cylindre 1, présente toujours le même espacement par rapport à la surface cylindrique de l'ébauche de tube 6a dans l'écartement de cylindre, ou bien par rapport à l'axe de la matière laminée. Les trois degrés de liberté du système de réglage de cylindres doivent, en règle générale, être réglés l'un par rapport à l'autre dans un rapport déterminé, pour éliminer l'épaississement de paroi en forme d'hélice de l'ébauche de tube, c'est-à-dire que chacune des trois possibilités de réglage doit être réalisée dans une course ou un angle exactement défini. 1 Selon l'invention, il est proposé de coupler le système de réglage à un ordinateur programmable qui calcule les différents paramètres de réglage et commande l'entraînement de réglage. L'ordinateur peut, d'un autre côté, travailler en liaison avec un dispositif de mesure de l'épaisseur de paroi qui enregistre un profil de l'épaississement de la paroi en forme d'hélice ou une anomalie de l'épaisseur de paroi par rapport à la dimension prévue et les rentre directement dans l'ordinateur pour interprétation, lequel transforme le résultat en impulsions pour la correction du réglage de cylindres. REVENDICATIONS 1 1 - Laminoir à cylindres obliques pour la réduction élevée de tubes avec, de préférence, trois cylindres coniques qui sont disposés de façon symétrique autour d'un point central et sont décalés l'un par rapport à l'autre de 120 et dont l'inclinaison - représentée par l'angle B - est égale de préférence à 50 , caractérisé en ce que chaque cylindre est disposé dans un siège de cylindre (8,8a,8b) qui peut pivoter autour d'un axe de pivotement disposé à une distance (A1,A2), parallèlement, de l'axe des matières laminées, et en ce que les distances (A1 et A2) de l'axe de pivotement à l'axe des matières. laminées sont variables, identiquement, de telle sorte que le parallélisme des deux axes reste conservé ou, de façon différente, de telle sorte qu'un état non parallèle des axes peut être produit. 2 - Laminoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes de réglage de tous les cylindres sont couplés. 3 - Laminoir selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les organes de réglage sont reliés à un ordinateur programmable qui, pour chaque calibre et chaque forme de cylindre utilisée, mesure les courses de réglage nécessaires des trois possibilités de réglage et commandent l'entraînement de réglage de façon que ces courses sont réglables automatiquement. 4 - Laminoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'aide d'un dispositif de mesure d'épaisseur de paroi sans contact travaillant simultanément, le tube est analysable directement après avoir quitté l'écartement de cylindre et en ce que, lors d'une augmenta- tion de l'épaisseur de paroi sensiblement en forme d'hélice, le réglage des cylindres peut être corrigé.