Brevet FR2560795A1 — publié le 19850913

La présente invention concerne le domaine de la production de tubes et a notamment pour objet une cage de laminoir à tubes, à pas de pèlerin. On sait que la cage est llun des organes essentiels du laminoir. A l'heure actuelle, la nécessite de laminer des tubes à parois minces et des tubes en métaux et alliages difficilement déformables a entralné un accroissement de la sévérité des prescriptions auxquelles doivent satisfaire la rigidité des cages, la précision du positionnement des cylindres de travail et leur précontrainte radiale. On connaît une cage de laminoir à pas de pèlerin pour le laminage de tubes à froid (brevet R.F.A. nO 1 287 541, B21B 31/04,1967), comprenant un bâti avec deux paires de montants disposées en vis-à-vis de part et d'autre de l'axe de laminage. Un chapeau est fixé sur les montants du bâti. Dans des glissières verticales des montants sont disposées des empoises dans lesquelles tourillonnent deux cylindres de travail superposés. La cage comporte un mécanisme de précontrainte des cylindres de travail. Ce mécanisme est réalisé sous forme de tirants filetés, solidarisant entre eux chaque paire d'empoises superposées et assurant la précontrainte des cylindres de travail. La précontrainte des cylindres de travail a un effet favorable sur la précision dimensionnelle des tubes laminés. Toutefois, du fait de l'absence de cylindres d'appui dans la cage, tous les efforts de laminage sont transmis aux empoises des cylindres de travail. Il s'ensuit que la valeur de la déformation de l'ébauche de tube par les cylindres de travail dans cette cage est limitée, car l'effort de déformation ne doit pas dépasser la résistance des empoises des cylindres de travail. De plus, dans cette cage, le changement de la valeur de la précontrainte nécessite un arrêt du laminoir, c'est-à-dire une diminution de sa production. En outre, dans la cage décrite, la valeur de la précontrainte ne peut être contrôlée. Ceci complique l'obtention de tubes à dimensions géométriques stables. On connaît une cage de laminoir à tubes, à pas de pèlerin (brevet Etats-Unis nO 4 237 714 cl. 72/242), pouvant être considérée comme la plus proche de la présente invention, comprenant un bâti avec deux paires de montants disposées en vis-à-vis par rapport à l'axe de laminage. Un chapeau et un mécanisme de précontrainte de la cage sont liés par des articulations aux montants. La cage comprend aussi un cylindre d'appui inférieur et un cylindre d'appui supérieur tourillonnant dans des empoises. Entre les cylindres d'appui sont placés des cylindres de travail superposés, tourillonnant dans leurs empoises respectives. Les empoises des cylindres de travail sont placées dans les glissières verticales des montants du bâti. Le mécanisme de précontrainte de la cage assure la précontrainte des cylindres de travail par l'intermédiaire des cylindres d'appui, par déplacement vertical de leurs paliers. Cette cage est simple et fiable. Elle peut laminer des tubes de précision accrue en matériaux extrêmement variés, dont ceux difficilement déformables, grâce à sa grande rigidité et à la présence d'un mécanisme de précontrainte permettant le serrage rapide et uniforme des cylindres de travail par les cylindres d'appui (c'est-à-dire la mise en précontrainte du système cylindres de travail - cylindres d'appui - bâti de la cage), la valeur de la précontrainte étant réglable dans une plage étendue et pouvant être changée pendant le laminage, sans arrêt du laminoir. Le con trôle permament de la valeur de la précontrainte s'effectue à l'aide de capteurs de pression. Toutefois, étant donné que, dans cette cage, la précontrainte des cylindres de travail est obtenue par action directe des cylindres d'appui sur les cylindres de travail, de fortes contraintes de contact apparaissent dans la zone de contact des cylindres de travail avec les cylindres d'appui au cours de la course utile, quand le métal de l'ébauche à laminer est déformé par les cylindres de travail. La présence de fortes contraintes de contact agissant sur les aires de contact des cylindres de travail avec les cylindres d'appui, provoque une usure locale rapide des cylindres et, quand les contraintes atteignent une valeur critique, le détachement de paillettes et même, parfois, l'écaillage local des cylindres (surtout des cylindres de travail, car l'action des charges maximales y est toujours exercée sur la même zone de contact). En outre, dans la cage considérée, les efforts de laminage et de précontrainte sont entièrement encaissés par les empoises des cylindres d'appui. Il s'ensuit une usure prématurée des empoises de cylindres d'appui, ce qui abaisse tant la longévité de ces empoises que la fiabilité de toute la cage. On s'est donc proposé de créer une cage à cylindres de laminoir à tubes, à pas de pèlerin, dans laquelle la conception des mécanismes de précontrainte de la cage et des cylindres de travail serait telle qu'elle permettrait d'accroître la fiabilité de la cage, grâce à la diminution des efforts exercées sur les empoises des cylindres d'appui. Ce problème est résolu grâce à une cage de laminoir à tubes, à pas de pèlerin, du type comprenant un bâti avec deux paires de montants disposées en vis-à-vis de part et d'autre de l'axe de laminage, des empoises de cylindres de travail placées dans des glissières verticales desdits montants, des cylindres de travail superposés, tourillonnant dans leurs empoises et placés entre un cylindre d'appui inférieur et un cylindre d'appui supérieur qui tourillonnent dans leurs empoises respectives, un chapeau et un mécanisme de précontrainte de la cage articulés sur les montants, caractérisée,d'après l'invention, en ce qu'il est prévu un mécanisme supplémentaire de précontrainte des cylindres de travail, reliant séparément chaque paire d'empoises superposées des cylindres de travail. Le mécanisme supplémentaire de précontrainte des cylindres de travail permet de modifier la répartition des efforts de précontrainte et de laminage entre les paliers des cylindres de travail et d'appui. Cette redisdistribution des efforts est réalisée porportionnellement à la capacité de charge des empoises des cylindres de travail et d'appui. Grâce à cette redistribution des efforts, une partie plus faible des charges dues à la précontrainte et aux efforts de laminage est encaissée par les empoises des cylindres de travail, et une partie plus grande, par les empoises des cylindres d'appui. Ladite redistribution des efforts augmente la durée de service des empoises de cylindres d'appui, ce qui accroît la fiabilité de toute la cage. Il est avantageux que le mécanisme supplémentaire de précontrainte soit réalisé sous la forme de deux systèmes articulés à excentrique, comprenant chacun deux bielles verticales reliant les côtés latéraux opposés des empoises de cylindres. de travail, chaque bielle étant accouplée à l'une des empoises par un axe, l'une desdites bielles étant accouplée à la seconde empoise par l'intermédiaire d'un capteur de pression, et la seconde, par l'intermédiaire d'un arbre à excentrique ayant un actionneur de rotation. Une telle conception du mécanisme supplémentaire de précontrainte permet d'assurer une précontrainte uniforme des cylindres de travail par rapprochement de leurs empoises pendant la marche du laminoir . La présence de capteurs de pression dans ce mécanisme permet de contrôler en permanence les efforts encaissés par les empoises des cylindres de travail. L'invention sera mieux comprises et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue d'ensemble de la cage, côté service; - la figure 2 représente la coupe II-II de la figure 1; - la figure 3 représente la coupe III-III de la figure 1; - la figure 4 représente la coupe IV-IV de la figure 2. La cage de laminoir à tubes, à pas de pèlerin, conforme à l'invention, comprend un bâti 1 (figures 1, 2) avec deux paires de montants 2, 3 et 4, 5, disposées en vis-à-vis de part et d'autre de l'axe de laminage. Les montants 2, 3, 4, 5 ont des glissières verticales 6 et 7. Dans ces glissières sont placées les empoises 8, 9, 10, 11 des cylindres 12 et 13 de travail (figures 2, 3). Les cylindres 12 de travail sont montés sur les empoises 8 et 9, et les cylindres 13 de travail, sur les empoises 10 et 11. Les empoises 8, 10, des cylindres 12 et 13 de travail, situées du côté service, ont à leurs côtés latéraux des rainures verticales en IT dans lesquelles sont engagées les glissières verticales 6 des montants 2 et 3 (figure 2). Les cylindres 12 et 13 de travail sont placés l'un au-dessus de l'autre entre un cylindre 14 d'appui inférieur et un cylindre 15 d'appui supérieur, qui tourillonnent dans leurs empoises respectives 16, 17, 18 et 19 (figursl,3). L'empoise 16 du cylindre 14 d'appui inférieur, située du côté service (de même que les empoises 8 et 10 des cylindres 12 et 13 de travail) possède sur ses côtés latéraux des rainures en dans lesquelles sont engagées les glissières verticales 6 des montants 2 et 3. Les empoises 8, 9, 10 et 11 des cylindres 12 et 13 de travail et les empoises 16, 17 du cylindre 14 d'appui inférieur peuvent se déplacer verticalement suivant les glissières verticales 6 et 7 du bâti 1 lors du réglage. Le réglage vertical des cylindres 12 et 13 de travail s'effectue par l'intermédiaire du cylindre 14 d'appui inférieur dont chaque empoise 16 et 17 a son propre mécanisme de réglage vertical. Dans l'exemple considéré, le mécanisme de réglage vertical est un mécanisme 20 (figures 1, 3, 4) à coin, se composant d'un grain sphérique 21 et d'un contre-grain 22 coopérant avec un coin 23, qui est équipé d'une vis 24 pour son déplacement. Chaque mécanisme 20 à coin de réglage vertical est monté dans le bâti 1 de la cage entre la paire de montants 2, 3 et entre la paire de montants 4, 5. La cage comporte un chapeau 25, articulé sur les montants 3 et 5 à l'aide d'un axe 26, d'une bielle 27 et d'un axe 28. Dans le chapeau 25 sont montées les empoises 18 et 19 du cylindre 15 d'appui.supérieur. Chaque empoise 18 et 19 est fixée à l'aide de plaques 29. La cage est également équipée d'un mécanisme 30 de précontrainte, comportant un arbre 31 à excentrique d'excentricité "e" (figure 1), qui articule le chapeau 25 de la cage sur les montants 2 et 4 du bâti 1. Le mécanisme 30 de précontrainte de la cage comporte aussi un bras 32, calé sur le bout de l'arbre 31 à excentrique, et un vérin 33. Le vérin 33 a une tige 34, qui est articuléau bras 32 par un oeillet 35 et un axe 36. Le vérin 33 est accouplé au montant 4 du bâti 1 de la cage à l'aide d'un support 37 et d'un axe 38. Dans le chapeau 25 de la cage (figure 3) sont montés des capteurs 39 de pression pour chaque empoise 18 et 19 du cylindre 15 (figure 3) d'appui supérieur. Pour le blocage en rotation de l'arbre 31 à excentrique dans le chapeau 25, il est prévu dans celui-ci une butée filetée 40 avec un contre-écrou 41 (figures 1, 4). L'arbre 31 à excentrique comporte un méplat "N", avec lequel peut coopérer le bout "M" de la butée filetée 40. En outre, la cage comporte un mécanisme supplémentaire de précontrainte des cylindres 12 et 13 (figures 1, 2,4) de travail. Le mécanisme supplémentaire de précontrainte des cylindres 12 et 13 de travail est réalisé sous la forme de deux systèmes articulés 42 et 43 à excentrique de même conception. Le système articulé 42 à excentrique comprend des bielles verticales 44 et 45, reliant les côtés latéraux opposés des empoises 8 et 10 des cylindres 12 et 13 de travail. La bielle 44 est articulée à l'empoise 10 des cylindres 13 (figure 4) de travail à l'aide d'un axe 46, et à l'empoise 8, à l'aide d'un capteur 47 de pression et d'un écrou 48 de butée. La bielle 45 est articulee à l'empoise 8 par un axe 49, et à l'empoise 10, par un arbre 50 à excentrique d'excentricité "f".L'arbre 50 à excentrique a un actionneur 51 (figure 2) de rotation. L'actionneur 51 de rotation est constitué par un vérin 52 (figure 1) dont la tige 53 est articulée par un oeillet 54 et un axe 55 à un bras 56, lequel est cale sur le bout de l'arbre 50 à excentrique. Le vérin 52 est fixé au montant 2 du bâti 1 par un axe 57 et un support 58. Dans l'exemple considéré, le mécanisme supplémentaire de précontrainte des cylindres de travail est réalisé comme décrit ci-dessus. Toutefois, il peut être de toute autre conception connue, permettant d'assurer seulement la précontrainte des cylindres 12 et 13 de travail pendant la marche du laminoir. La réalisation du mécanisme supplémentaire de précontrainte des cylindres de travail sous la forme de deux systèmes articulés 42 et 43 à excentrique de conception décrite plus haut permet d'assurer d'une manière simple et fiable la précontrainte des seuls cylindres 12 et 13 de travail entre eux, par rapprochement de leurs empoises 8, 10 et 9, ll pendant la marche du laminoir.Ceci permet de modifier la répartition des charges dues à la précontrainte et aux efforts de laminage, en les distribuant entre les empoises 8, 9, 10 et 11 des cylindres 12 et 13 de travail et les empoises 16, 17, 18 et 19 des cylindres 14 et 15 d'appui. La modification de la répartition des charges diminue les efforts agissant sur les empoises 16, 17, 18 et 19 des cylindres 14 et 15 d'appui, et augmente la durée de service des roulements ou des coussinets dans lesdites empoises. Il en résulte un accroissement de la fiabilité des empoises 16, 17, 18 et 19 des cylindres 14 et 15 d'appui et de toute la cage Le réglage de la cage s'effectue de la façons suivante. La cage reçoit un jeu complet de cylindres 12 et 13 de travail avec leurs empoises 8, 9, 10 et 11,pré-assemblés et préréglés hors de la cage. Pour la mise en place du jeu de cylindres 12 et 13 de travail, on extrait l'axe 26 et, à l'aide de la butée filetée 40 on bloque l'arbre 31 (figures 1, 4) à excentrique dans le chapeau 25. Le bout "M" de la butée 40 à vis contacte alors le méplat "N" de l'arbre 31 à excentrique. A l'aide du vérin 33 on fait basculer le chapeau 25, dans lequel est monté le cylindre 15 d'appui supérieur, en dégageant ainsi le passage pour l'extraction du bloc de cylindres 12 et 13 de travail hors de la cage. Avant d'extraire les cylindres de travail, on déconnecte les oeillets 54 avec les bras 56, en extrayant les axes 55. Ensuite, à l'aide d'un pont roulant, on extrait de la cage le jeu de cylindres 12 et 13 de travail en commun avec les empoises 8, 9, 10 et 11. La mise en place du nouveau jeu de cylindres 12 et 13 de travail, le rabattement du chapeau 25 et l'accouplement subseuent des articulations s'effectuent dans l'ordre inverse. Après mise en place du nouveau jeu de cylindres 12 et 13 de travail dans la cage, on procède au réglage vertical de la position des axes de leurs cannelures, de façon à faire coïncider les axes des cannelures des cylindres 12 et 13 de travail avec les axes de laminage dans le plan vertical. Le réglage vertical s'effectue à l'aide des coins 23 (figure 3), déplacés à l'aide des vis 24. Par l'intermédiaire des grains 21 et des contre-grains 22 sphériques, les coins 23 coopérent avec les empoises 16 et 17 du cylindre 14 d'appui inférieur, en assurant leur déplacement dans les glissières verticales 6 et 7. Ce déplacement est réalisé jusqu'à mise en coïncidence des axes des cannelures des cylindres 12 et 13 de travail avec les axes de laminage dans le plan vertical. La mise en coïncidence des axes des cannelures des cylindres 12 et 13 de travail avec les axes de laminage dans le plan horizontal s'effectue automatiquement lors de la mise en place du jeu de cylindres de travail dans la cage, quand les empoises 8 et 10 sont positionnées par leurs rainures en Tt dans les glissières 6 des montants 2 et 3 du bâti 1 (figure 2). La mise en coîncidence des axes des cannelures des cylindres 13 de travail inférieurs et des cylindres 12 de travail supérieurs dans le plan horizontal est assurée par le mode de réalisation de leur assemblage avec leurs empoises respectives. Le contrôle s'effectue sur un banc spécial, hors de la cage. Après réglage vertical, on met en précontrainte la cage et les cylindres 12 et 13 de travail entre eux.Avant de procéder à la mise en précontrainte, on écarte la butée filetée 40 de l'arbre 31 (figure 1) à excentrique. La mise en précontrainte de la cage s'effectue à laide du mécanisme 30 de précontrainte. Le vérin 33 agit alors sur le bras 32 et fait tourner l'arbre 31 à excentrique dont l'excentricité "e" est choisie selon la valeur maximale de la précontrainte de la cage, en tenant compte des caractéristiques élastiques de ses éléments constitutifs. En tournant dans les alésages des montants 2 et 4, grâce à son excentricité "e", l'arbre 31 à excentrique provoque une rotation du chapeau 25 autour de l'axe 26. L'effort est alors transmis aux cylindres 12 et 13 (figure 3 ) de travail, par llinter- médiaire des capteurs 39 de pression, des empoises 18 et 19 et du cylindre 15 d'appui supérieur.Par l'intermédiaire du cylindre 14 d'appui inférieur, de ses empoises 16 et 17, des contre-grains sphériques 22, des grains 21 et des coins 23, cet effort de précontrainte se ferme sur le bâti 1. L'effort de précontrainte est contrôlé en permanence à l'aide des capteurs 39 de pression. La précontrainte propre des cylindres 12 et 13 de travail est produite par les vérins 52, en faisant tourner les bras 56 des arbres 50 à excentrique d'excentricité "f" (figures 1,4). La valeur de l'excentricité "f" est choisie selon l'effort requis de précontrainte des cylindres 12 et 13 de travail, en tenant compte du cédage des éléments des systèmes 51. En tournant dans les alésages des empoises 8 et 9, grâce à leur excentricité "f", les arbres 50 (figure 4) à excentrique provoquent une rotation des empoises 8 et 10 des axes 46 et la mise en contact forcée des cylindres 12 et 13 de travail entre eux, avec l'effort voulu. Le contrôle permanent de la valeur de la précontrainte des cylindres 12 et 13 de travail, sous l'action du mécanisme supplémentaire de précontrainte, s'effectue à l'aide des capteurs 47 de pression. La valeur totale de la précontrainte des cylindres 12 et 13 de travail, produite par le mécanisme 30 (figure 1) de précontrainte et le mécanisme supplémentaire de précontrainte, est réglée en tenant compte de la valeur des efforts radiaux de laminage et de la précision dimensionnelle à obtenir sur les tubes laminés. Les efforts qui sont alors appliqués aux empoises 8, 9, 10 et 11 des cylindres 12 et 13 de travail d'une part et aux empoises 16, 17, 18 et 19 des cylindres 14 et 15 d'appui d'autre part, sont réglés en tenant compte de la capacité de charge de leurs roulements ou coussinets. EXEMPLE. Pour un effort radial de laminage de 60 t par ligne, une capacité de charge des roulements de chacune des empoises 8, 9, 10 et 11 des cylindres 12 et 13 de travail égale à 30 t et une capacité de charge des roulements de chacune des empoises 16, 17, 18 et 19 des cylindres 14 et 15 d'appui de 90 t, les efforts de précontrainte appliqués aux empoises des cylindres 12 et 13 de travail et des cylindres 14 et 15 d'appui sont avantageusement réglés à 15 et 45 t respectivement. L'application de la cage de laminoir à tubes à pas de pèlerin, équipée d'un mécanisme supplémentaire de précontrainte des cylindres de travail, permet de diminuer les charges sur les roulements ou les coussinets des empoises des cylindres d'appui et, de ce fait, d'accroitre la longévité et la fiabilité desdites empoises et de toute la cage. L'invention est appliauée avec une efficacité maximale aux laminoirs à pas de pèlerin pour la fabrication de tubes en métaux et alliages extrêmement variés, dont ceux difficilement déformables, avec des réductions accrues par passe. REVENDICATIONS 1. Cage de laminoir à tubes à pas de pèlerin, comprenant un bâti (1) avec deux paires de montants (2, 3, 4, 5) disposées en vis-à-vis de part et d'autre de l'axe de laminage, des empoises (8, 9, 10, 11) de cylindres (12 et 13) de travail placées dans des glissières verticales (6 et 7) desdits montants (2, 3, 4, 5), des cylindres (12 et 13) de travail superposés, tourillonnant dans leurs empoises respectives (8, 9, 10, 11) et placés entre un cylindre (14) d'appui inférieur et un cylindre (15) d'appui supérieur, qui tourillonnent dans leurs empoises respectives (16, 17, 18, 19), un chapeau (25) et un mécanisme (30) de précontrainte de la cage articulés sur les montants, caractérisée en ce qu'elle comporte un mécanisme supplémentaire de précontrainte des cylindres (12 et 13) de travail, reliant séparément chaque paire d'empoises (8, 10 et 9, 11) superposées des cylindres (12 et 13) de travail. 2. Cage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mécanisme supplémentaire de.précontrainte précité est réalisé sous la forme de deux systèmes-articulés (42 et 43) à excentrique, comprenant chacun deux bielles verticales (44 et 45), reliant les côtés latéraux opposés des empoises (8, 10 et 9, 11) de cylindres (12 et 13) de travail, chaque bielle (44, 45) étant accouplée à l'une des empoises par un axe respectif (46, 49), et que l'une des bielles est accouplée à la seconde empoise par l'intermédiaire d'un capteur (47) de pression, et la seconde, par l'intermédiaire d'un arbre (50) à excentrique ayant un actionneur (51) de rotation.