Brevet FR2550108A1 — publié le 19850208

-1 PROCEDE DE LAMINAGE A FROID DE TUBES AU MOYEN D'UN LAMI:;OIR A PAS DE PELERIN ET LAMINOIR POUR SA MISE EN OEUVRE Le procédé et le dispositif qui font l'objet de l'invention concernent le laminage à froid de tubes au moyen d'un laminoir à pas de ?èlerin Un laminoir à pas de pèlerin pour laminage à froid de tubes czm:-Drte de façon connue des cylindres à gorge, montés dans une cage p Dr:e-cylindres qui effectue un mouvement de va et vient selon l'axe de laminage, l'ébauche de tube à laminer étant périodiquement déplacée en direction de 10 l'aval. Les cylindres sont entraînés en rotation tantôt dans un sens tantôt dans J'autre en synchronisme avec les mouvements de la cage. Un mandrin est disposé dans l'axe de l'ébauche, qui est également l'axe de laminage, de façon que celle-ci soit laminée entre ce mandrin et les cannelures des cylindres. Pour la clarté de l'exposé, on désigne ci-apfès par côté anont, le côté 20 d'entrée de l'ébauche à laminer dans la cage porte-cylindres et par côté aval, le côté sortie du tube de la cage après réduction de sa section par laminage entre les cylindres On désigne par trajet aller le mouvement amont-aval de la cage et des cylindres et par trajet retour, le mouvement aval-amont, selon l'axe de l'ébauche. 25. Le FR 1602013 décrit un laminoir à pas de pèlerin dans lequel l'avance de l'ébauche, selon l'axe de laminage, est réaliséede façcn synchronisée avec les mouvements de va et vient de la cage de façon que cette avance se produise au moment o la cage se trouve au voisinage du point mort 30 amont correspondant à la fin de course retour de la cage En même temps que l'ébauche est avancée d'une quantité déterminée elle est tournée autour de son axe d'une fraction de tour au moyen de pinces tubes tournants. Le FR 2463646 décrit la réalisation, dans le but d'accroître la productivité, d'une avance de l'ébauche à chacun des deux poihts torts amont et aval. Ce document précise que les avances imposées à l'ébauche peuvent être suivant les cas plus fortes en amont qu'en aval ou le contraire. L'expérience a montré que lorsqu'on effectue une avance de l'ébauche au voisinage du point mort aval il se produi; au cours de la phase de 5 laminage en retour du tube sur le mandrin, un glissement de l'ébauche de tube déjà laminé le long de l'axe de laminage en direction de l'amont qui annule ainsi au moins en partie l'avance précédemment réalisée. Ce glissement vers l'amont est particulièrement sensible lorsque l'en10 traînement en rotation des cylindres est effectué au moyen de roues, dentées et solidaires des cylindres qui engrènent sur des crémaillères fixes par rapport à la structure du laminoir Il se produit alors dans la deuxième partie de la course en retour de la cage une action d'entrainement de l'ébauche vers l'amont due au fait que la distance entre 15 le fond de gorge de la cannelure et l'axe du cylindre correspondant devient inférieur au rayon de la roue dentée qui entraîne ce cylindre. De plus, la force d'écrasement exercée par le fond de la gorge sur la paroi de l'ébauche n'est pas perpendiculaire à l'axe du tube, mais inclinée par rapport à celui-ci de façon telle que sa composante hori20 zontale est dirigée vers l'amont On comprend que si cette composante a une intensité suffisante, elle provoque un glissement de l'ébauche déjà laminée vers l'amont qui annule en partie l'avance qui avait été réalisée au point mort aval. 25 L'importance de ce glissement dépend de nombreux facteurs tels que *entre autres le profil des gorges des cylindres et celui du mandrin qui leur est associé, le taux de réduction de section de l'ébauche, la valeur des rayons des pignons de synchronisation des cylindres. Dans le cas o on utilise un système de poussée de l'ébauche agissant sur l'extrémité amont de celle-ci, par exemple au moyen d'une came, il ne suffit pas de donner à celle-ci un profil convenable pour empêcher le recul de l'extrémité arrière de l'ébauche. En effet lors du laminage en retour la composante axiale de la force de pression exercée par les cylindres sur l'ébauche de tube atteint une intensité très élevée et il est très difficile de réaliser un dispositif de poussée du tube présentant une tenue mécanique suffisante pour résister aux forces ainsi développées On n'éviterait pas de plus un -3 certain recul élastique. On a donc recherché la possibilité de mettre au point un procédé de laminage à froid de tubes au moyen d'un laminoir à pas de pèlerin, dans lequel on serait en mesure de réaliser une avance de l'êauche de tube au voisinage du point mort aval, suivie d'une opération > laminage en retour, au cours-de laquelle on éviterait le recul de l'_ebauche déjà laminée On a recherché aussi la possibilité de mettre au point un dispositif simple permettant d'obtenir ce résultat. 10. Le procédé qui fait l'objet de l'invention consiste à mettre en oeuvre un laminoir à froid à pas de pèlerin, dans lequel on lamine une ébauche de tube entre un mandrin logé à l'intérieur de l'ébauche et les gorges d'une paire de cylindres montés en rotation sur des paliers solidaires 15 d'une cage qui effectue un mouvement de va et vient selon l'axe de l'ébauche de tube, les cylindres étant entraînés en rotation alternativement dans un sens puis dans l'autre en synchronisme avec les mouvements de la cage, et dans lequel l'avance de l'ébauche le long de l'axe est effectuée au moins au voisinage du point mort aval; dans ce pro20 cédé pendant une partie au moins du trajet en retour de la cage, depuis le point mort:aval jusqu'au point mort amont, un moyen de retenue, disposé du côté aval par rapport à la cage, est relié avec la partie de l'ébauche déjà laminée et emp&che ou limite le déplacement de l'ébauche déjà laminée le long de l'axe de laminage en direction de l'amont pen25 dant la phase de laminage en retour De préférence le moyen de retenue, au cours de chaque aller et retour de la cage porte-cylindres, exerce une action de serrage sur l'ébauche à partir de l'instant o, la cage ayant atteint le voisinage du point mort aval, l'ébauche de tube a été avancée d'une quantité déterminée et maintient cette action jusqu'à 30 ce que cette cage atteigne le voisinage du point mort amcat, l'action de serrage étant alors interrompue pour libérer l'ébauche de tube. Avantageusement, l'avance de l'ébauche de tube au point mcrt aval pourra être combinée avec une rotation de ladite ébauche autour de son 35 axe d'une fraction de tour, avant que le moyen de retenue exerce une action de serrage. -4 Dans ce procédé l'ébauche peut aussi être avancée et tournée d'une fraction de tour au voisinage du point mort amont après libération par le moyen de retenue L'invention concerne aussi un laminoir à pas de pèlerin à froid muni d'un dispositif de retenue d'ébauche laminée pour mise en oeuvre du procédé de laminage ci-dessus décrit Ce laminoir à pas de pèlerin comprend un mandrin logé à l'intérieur de l'ébauche de tube à laminer, une cage porte-cylindres mobile suivant un mouvement de va et vient pa10 rallèle à l'axe de laminage, une paire de cylindres à gorges montés en rotation sur des paliers solidaires de la cage et disposés de part et d'autre du mandrin, un moyen d'entraînement en rotation des cylindres dans un sens ou dans l'autre en synchronisme avec les mouvements de la cage, un moyen pour commander l'avance axiale de l'ébauche à laminer 15 au moins au voisinage du point mort aval. Un moyen de serrage est disposé en aval de la cage porte-cylindres autour de la partie déjà laminée de l'ébauche de tube, ce moyen de serrage comportant des mâchoires dont l'une au moins est mobile susceptible 20 d'enserrer la partie déjà laminée de l'ébauche afin de faire obstacle au déplacement de celle-ci le long de l'axe de laminage en direction de l'amont ou au contraire de libérer cette ébauche de façon à permettre son déplacement le long de l'axe de laminage et/ou sa rotation autour de cet axe. 25. Le moyen de serrage est rendu solidaire d'un support résistant Avantageusement les mâchoires sont rendues solidaires de la structure du laminoir par l'intermédiaire du porte-mâchoires. De préférence les mâchoires sont autoserrantes lorsqu'elles exercent sur l'ébauche de tube un effort de retenue qui s'oppose à son déplacement vers l'amont. L'action d'autoserrage est avantageusement réalisée en munissant au moins l'une des mâchoires d'une face plane en appui contre la portée de son logement, vis à vis de laquelle elle peut glisser, le-plan de glissement étant incliné par rapport à l'axe de façon que scn prolongement coupe celui-ci en amont La mâchoire se comporte alors à la façon d'un coin De préférence également l'ouverture ou la fermeture des mâchoires est commandée par au moins un vérin à simple ou double effet. Enfin on dispose de façon avantageuse, un pince-tube de sortie qui assure la rotation de l'ébauche autour de son axe d'une fraction de tour au moment ola cage porte-cylindres se trouve au voisinage d'au moins l'un des deux points morts amont ou aval, ce pince-tube étant préférentiellement installé en aval du dispositif de retenue Les figures et la description plus détaillée ci-après permettent de mieux comprendre, de façon non limitative, les conditions de mise en oeuvre de l'invention. 10. La figure 1 est une vue schématique d'ensemble de la partie avant d'un laminoir à pas de pèlerin à froid, permettant de laminer des ébauches de tubes, qui comporte un dispositif de retenue suivant l'invention présenté en coupe axiale qui permet de réaliser le procédé également 15 suivant l'invention. La figure 2 est une vue plus détaillée du dispositif de retenue de la figure 1 également en coupe axiale. La figure 3-est une vue en coupe suivant A-A du dispositif de la figure 2. La figure 1 montre de façon schématique un laminoir à pas de pèlerin. La cage porte-cylindres ( 1) est figurée partiellement et de façon schématique Elle se déplace par un mouvement de va et vient sur des glissières non représentées, parallèles à l'axe de laminage XX' Ce mouvement de va et vient de la cage est réalisé au moyen de bielles ( 2,3) ,. reliées à l'une de leurs extrémités à la cage ( 1) par un palonnier ( 4) 30 articulé en ( 5), à l'autre extrémité par l'intermédiaire d'articulations excentriques ( 6,7) à des arbres ( 8,9) qui sont entraînés de façon synchronisée en rotation à vitesse sensiblement constante au moyen d'un moteur non représenté Les arbres ( 8,9) tournent sur des paliers solidaires d'un carter ( 10) solidaire lui-même de la structure du laminoir. 35. La cage(l) comporte de façon connue deux cylindres à gorges ( 11,12) qui sont entraînés en rotation, de façon connue et non représentée, par des roues dentées montées en bout d'arbres des cylindres qui engrènent sur -6 des crémaillères fixes L'ébauche de tube dont on voit une partie déjà laminée ( 13) est portée de façon également connue par un mandrin fixe non représenté dont l'extrémité aval profilée coopère avec les cannelures des cylindres ( 11,12) pour permettre la réduction de l'ébauche par lami. nage aux dimensions voulues. En aval de la cage ( 1) le dispositif de retenue ( 14) selon l'invention puis le dispositif pince-tube ( 15) sont disposés le long de l'axe XX' et entourent la partie aval ( 13) de l'ébauche de tube dans sa zone déjà 10 laminée. Ce laminoir est également équipé d'un dispositif de commande d'avance axiale de l'ébauche à laminer qui permet d'alimenter le laminoir au moins au voisinage du point mort aval Ce dispositif peut être de tout 15 type connu et n'est pas représenté On trouve par exemple un tel dispositif de commande axiale décrit dans le brevet belge 694241. La flèche F montre le sens général de déplacement de cette ébauche de tube de l'amont vers l'aval le long de l'axe de laminage XX'. 20. Le dispositif de retenue ( 14) et le dispositif pince-tubes ( 15) sont fixés sur un support résistant ( 16), qui dans le cas présent est luimême solidaire de la structure du laminoir Le dispositif pince-tubes parfois aussi appelé tourie-tubes connu en lui-même permet de faire 25 tourner l'ébauche de tube autour de son axe lorsque la cage porte cylindres se trouve au voisinage des points morts amont et aval; il n'exerce qu'un faible serrage sur le tube qui permet le glissement de celui-ci le long de l'axe de laminage (XX') à travers ce dispositif soit pendant le laminage soit pendant l'avance. 30. Les figures 2 et 3 montrent de façon plus détaillée le dispositif de retenue ( 14) La flèche F indique le sens général de déplacement de l'ébauche de tube Ce dispositif comprend deux mâchoires ( 17, 18) qui' comportent chacune une portée lisse ( 19,20) sensiblement demi-cylin 35 drique dont les dimensions sont telles que lorsque les deux mâchoires sont serrées l'une contre l'autre les portées lisses ( 19, 20) viennent en appui contre la surface extérieure de l'ébauche de tube ( 13) dans sa zone déjà laminée qui se trouve immédiatement en aval de la position plus avancée vers l'aval de la cage ( 1) En général cette zone dejaà o -7 laminée du tube se trouve au delà de l'extrémité aval du mandrin. Afin d'obtenir un auto-serrage des mâchoires ( 17,18) lorsque l'ébauche de tube est soumise à un effort de traction en direction de l'amont, en particulier au cours du laminage de l'ébauche pendant le trajet en retour de la cage porte-cylindres on donne à l'ensemble des deux mâchoires une forme de coin Pour cela les faces ( 21,22) opposées aux portées ( 19, ) sont planes et inclinées par rapport à l'axe XX' de façon à converger en direction de l'amont Pour faciliter le glissement des mâchoires ( 17, 10 18) par leurs faces ( 21,22) sur les plans d'appui ( 23, 24) on ménage entre les surfaces planes en regard un intervalle dans lequel on loge une pluralité de galets de roulement cylindriques circulaires tels que ( 25,26) On comprend que grâce à cette forme en coin la force de serragedes mâchoiie s'accroit en même temps que l'effort de traction exercé sur l'ébauche de tube en direction de l'amonti Afin d'éviter un léger glissement de l'ébauche de tube déjà laminé ( 13) à l'intérieur des mâchoires lorsque celle-ci commence à subir un effort de traction en direction de l'amont, on commande avant tout effort de traction un preserrage de chacune des 20 mâchoires ( 17, 18) par deux vérins ( 27, 28) fixés sur l'enveloppe extérieure ( 29)du dispositif Les tiges de piston ( 30, 31) de ces vérins, commandées par fluide agissent sur les mâchoires au moyen de pièces de liaison ( 32,33) On voit que en provoquant le déplacement des pistons ( 30, 31) de chacun des vérins dans un sens opposé à celui de la flèche 25 F on effectue un début de serrage des mâchoires ( 17,18) sur la paroi de l'ébauche Ce serrage s'accroit ensuite en fonction de l'effort de traction exercé sur le tube en direction de l'amont Dans la pratique le système de commande des vérins est conçu pour agir à la cadence du laminoir de façon synchronisée avec les mouvements de la cage porte30 cylindres Ce système commande le début de serrage des mâchoires ( 17, 18) au moment o la cage porte-cylindres ( 1) se trouve au voisinage de son point mort aval, juste après avoir effectué l'avance de l'ébauche de tube et sa rotation De même le déserrage des mâchoires, s'il parait nécessaire, peut être réalisé en provoquant un déplacement en sens 35 inverse des pistons ( 30,31). Cette action des pistons doit alors être effectuée lorsque la cage porte cylindres se trouve au voisinage du point mort amont juste avant réali- -8 sation éventuelle d'un mouvement d'avance de l'ébauche de tube et d'une rotation d'une fraction de tour de cette ébauche. Les dimensions des portées ( 19,20) sont déterminées de façon que les efforts de traction les plus importants qui puissent être réalisées au cours du laminage ne risquent pas de provoquer un écrasement de L'bauche de tube par ces mâchoires ou encore un marquage de la surface Me cette ébauche dans sa partie déjà laminée qui ne pourrait plus être éliminé au cours des opérations de finition Pour cela on donne à chacune 10 des portées lisses des mâchoires une forme sensiblement demi-cylindrique le rayon de portée étant égal ou très légèrement supérieur à celui de la surface extérieure de l'ébauche laminée On s'arrange pour qu'un léger jeu soit conservé entre les bords latéraux tels que ( 34-35) des mâchoires lorsque celles-ci sont en position de serrage contre l'ébauche de tube déjà laminé ( 13)comme le montrentles figures 2 et 3 L'expérience montre que pour obtenir un serrage suffisant des mâchoires sur l'ébauche de tube, empêchant efficacement celle-ci de reculer, sans risquer une déformation permanente dans la zone de serrage, il y a intérêt à donner à ces mâchoires une longueur de portée mesurée parallèlement à l'axe de lami20 nage de l'ordre de quatre à huit fois le diamètre extérieur du tube fini La longueur optimale est évidemment fonction de la matière de l'ébauchede tube, du taux de réduction effectué et aussi de la forme des gorges des cylindres, ainsi que de la forme correspondante de la zone de laminage du mandrin. 25. La pente des plans de glissement dépend également des conditions opératoires; elle peut être par exemple de l'ordre de 5 à 11 par rapport à l'axe de laminage. A titre d'exemple dans le cas du laminage selon le procédé décrit avec avance de l'ébauche au point mort aval d'une ébauche de tube d'environ 115 mm de diamètre initial, en acier inoxydable type 18-8, avec obtention d'un tube de 75 mm de diamètre, on utilise un dispositif de retenue comportant deux mâchoires à portée cylindrique lisse de 500 mm de uon35 gueur présentant chacune une face plane d'appui dans le logement inclinée de 6 par rapport à l'axe. Ces mâchoires sont commandées chacune par un vérin à double effet ayant une force d'environ I tonne appliqué directement sur la mâchoire -9 parallèlement à l'axe de laminage La force de traction exercée par l'ébauche de tube déjà laminé sur le dispositif de retenue au cours du laminaage, pendant le trajet en retour de la cage, atteint une valeur maximale d'environ 50 tonnes De la sorte on obtient un laminage en phase retour des cylindres, sans glissement vers l'amont du tube éà aminé et avec un excellent rendement De très nombreuses modifica:ions peuvent être apportées au procédé et au dispositif qui font l'objet le l'invention sans sortir du domaine de celle-ci. Il n'est pas nécessaire en particulier d'utiliser desmâchoires autoserrantes et on peut utiliser des mâchoires à serrage et deserrage mécanique ou hydraulique direct Par ailleurs bien que le moyen de retenue soit avantageusement disposé le plus près possible du côté aval de la cage porte-cylindres on peut envisager de le disposer plus en aval et en particulier en aval d'un dispositif pince-tube Bien que dans l'exemple donné, le laminoir soit un laminoir à une ligne, l'invention trouverait application également dans le cas de laminoir à plusieurs lignes laminant simultanément plusieurs tubes en parallèle. REVENDICATIONS 1) Procédé de laminage à froid d'ébauches de tubes au moyen d un laminoir à pas de pèlerin dans lequel l'ébauche est laminée entre un *andrin logé à l'intérieur de l'ébauche, et les gorges d'une paire de cylûn Ires montés en rotation sur des paliers solidaires d'une cage qui effectue un mouve5 ment de va et vient selon l'axe de laminage, les cylindres -_tnt entrainés en rotation alternativement dans un sens puis dans l'autre en synchronisme avec les mouvements de la cage, et dans lequel l'avance de l'ébauche le long de l'axe de laminage est effectuée au moins au voisinage du point mort aval caractérisé en ce que pendant au moins une partie 10 du trajet en retour de la cage depuis le point mort aval jusqu'au point mort amont un moyen de retenue, disposé du côté aval par rapport à la cage, est relié avec la partie de l'ébauche déjà laminée et empêche ou limite le déplacement de l'ébauche déjà laminée le long de l'axe de laminage en direction de l'amont pendant la phase de laminage en retour. 15. 2) Procédé suivant revendication 1, caractérisé en ce que au cours de chaque aller retour de la cage porte-cylindres le moyen de retenue exerce une action de serrage sur l'ébauche à partir de l'instant o la cage porte-cylindres ayant atteint le voisinage du point mort aval, l'ébauche 20 de tube a été avancée d'une quantité déterminée et en ce que le moyen de retenue libère l'ébauche lorsque la cage atteint le voisinage du point mort amont. 3) Procédé suivant revendication 2, caractérisé en ce que l'avance de 25 l'ébauche au point mort aval est combinée avec une rotation de ladite ébauche autour de son axe d'une fraction de tour avant que le moyen de retenue exerce une action de serrage. 4) Procédé suivant revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on 30 fait avancer également l'ébauche au voisinage du point mort amont. ) Laminoir à pas de pèlerin à froid pour le laminage d'ébauches de tubes comprenant un mandrin logé à l'intérieur de l'ébauche de tube à laminer, une cage porte-cylindres mobile suivant un mouvement de va et vient paral35 lèlemant à l'axe de laminage, une paire de cylindres à gorges montés en rotation sur des paliers solidaires de la cage et disposés fe part et d'autre du mandrin, un moyen d'entraînement en rotation des cylindres dans un sens ou dans l'autre en synchronisme avec les mouvements de la -11 cage, un moyen pour commander l'avance axiale de l'ébauche à laminer au moins au voisinage du point mort aval, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de serrage disposé en aval de la cage porte- cylindres autour de la partie déjà laminée de l'ébauche de tube qui com5 porte des mâchoires, dont l'une au moins est mobile, susceptible d'enserrer la partie déjà laminée de l'ébauche afin de faire obstacle au déplacement de celle-ci le long de l'axe de laminage en direction de l'amont ou au contraire de libérer cette ébauche de façon à permettre son déplacement le log de l'axe de Iaminage et/ou sa 10 rotation autour de cet axe. 6) Laminoir selon revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de serrage est constitué par des mâchoires disposées-de façon à effectuer unauto-serrage sur l'ébauche de tube lorsque celle-ci est sol15 licitée en traction vers l'amont. 7) Laminoir suivant revendication 6, caractérisé en ce que au moins l'une des mâchoires comporte une face d'appui contre la paroi de son logement qui est inclinée-par rapport à l'axe de laminage, sui20 vant un plan dont le prolongement coupe cet axe en amont, et qui peut glisser le long de cette paroi. 8) Laminoir suivant revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'ouverture et/ou la fermeture des mâchoires est (sont) commandée(s) par 25 au moins un vérin à simple ou double effet. 9) Laminoir suivant l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le moyen de serrage est placé en amont d'un oince-tube de sortie qui assure la rotation de l'ébauche autour de son axe d'une frac30 tion de tour au moment o la cage porte-cylindres se trouve au voisinage d'au moins l'un des deux points morts amont ou aval sans s'opposer à son déplacement selon l'axe de laminage.