Brevet FR2566684A1 — publié le 19860103

PROCEDE POUR PREVENIR LES DEFAUTS DE SYNMETRIE DES POUTRELLES EN COURS DE LAMINAGE SUR CAGE UNIVERSELLE ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE La présente invention se rapporte au laminage sur cage universelle de poutrelles, notamment en acier, profilées en "H" ou en "I". Plus précisément, l'invention a trait à la préven- tion des défauts de symétrie pouvant apparaître sur ces poutrel- les au cours même du laminage. Il est connu que les poutrelles laminées du type consi- déré sont susceptibles de présenter des défauts de symétrie dont les plus graves se traduisent par une dérive de la position de l'âme par rapport aux ailes du profilé pouvant conduire au déclassement. Malgré les besoins de l'industrie dans ce domaine, il semble qu'aucune solution rationnelle satisfaisante n'ait été proposée jusqu'ici. Aussi, la pratique habituelle se limite-t-elle à constater le défaut sur une poutrelle laminée et à tenter d'éviter qu'il se reproduise sur la poutrelle sui- vante par une correction "a priori" du positionnement relatif en hauteur de la table d'entrée de la cage de laminoir avant que l'ébauche s'y engage. La présente invention a pour but une solution préventive permettant d'intervenir en correction au cours même de l'opéra- tion de laminage de la poutrelle. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour prévenir les défauts de symétrie des poutrelles en cours de laminage sur cage universelle, selon lequel on ajuste la posi- tion relative en hauteur de la table d'entrée de la cage de laminage par rapport aux cylindres de travail, procédé caracté- risé en ce que: - on effectue une mesure des couples appliqués aux cylindres supérieur et inférieur de la cage; - on calcule, à partir de cette mesure, une valeur représentative de l'écart entre les deux couples exprimé par un critère de dissymétrie des poutrelles librement choisi à l'avance; - on compare ladite valeur à une valeur de référence prédéterminée définissant un seuil de tolérance d'écart à ne pas dépasser, représentatif de la valeur maximale admissible du critère de dissymétrie; - et si la valeur calculée est supérieure en valeur absolue à la valeur de référence, on agit sur la position rela- tive en hauteur de la table d'entrée par rapport aux cylindres de façon à ramener ladite valeur calculée en-dessous de la valeur de référence. Conformément à une mise en oeuvre, la valeur calculée représentative de l'écart entre les deux couples des cylindres est déterminée en accord avec la relation, exprimée en pourcen- tage p = 200 (Cs - Ci) age E Cs + Ci o Cs et Ci sont les valeurs mesurées des couples des cylindres supérieur et inférieur respectivement en N.m. L'invention a également pour objet un équipement pour la mise en oeuvre du procédé comprenant: - des moyens de mesure du couple des cylindres supérieur et inférieur et élaborant des signaux représentatifs de la mesure de chaque couple; - une unité de calcul recevant lesdits signaux et qui élabore un signal représentatif de la valeur de l'écart entre les deux couples; - un comparateur dont une entrée est reliée à la sortie de l'unité de calcul, l'autre entrée recevant un signal repré- sentatif d'une valeur d'écart de référence à ne pas dépasser, et dont la sortie est reliée à un moteur commandant la position relative en hauteur de la table d'entrée de la cage de laminage par rapport aux cylindres. Comme on l'aura compris, l'invention repose sur la découverte faite par les inventeurs, selon laquelle il était parfaitement possible de traduire la dissymétrie des poutrelles, occasionnée par une disposition défectueuse de l'âme, en termes d'écart entre les mesures des couples appliqués aux deux cylin- dres de travail d'une même paire dans la cage de laminage. Allant plus loin, les inventeurs ont même pu montré qu'il existait une relation linéaire entre le critère de dissy- métrie des poutrelles habituellement retenu (à savoir le critère bl - b,2 "d" calculé selon (bl + b2) o bl et b2 représentent les hauteurs des deux demi-ailes complémentaires) et un critère d'écart des couples sur les cylindres défini par une relation tout à fait analogue o les hauteurs des demi-ailes seraient rempla- cées par les valeurs des couples. Cette relation définissant le critère A d'écart des couples s'écrit = Cs - Ci (I), 2 (Cs + Ci) o Cs et Ci sont les valeurs mesurées des couples des cylindres supérieur et inférieur respectivement en N.m. En conséquence, la simple mesure des couples appliqués au cylindre supérieur et au cylindre inférieur, permet de calculer A et de corriger, en cas de nécessité, la position relative en hauteur de la table d'entrée. En outre, le réglage peut se faire en continu pendant le laminage. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, et en se référant au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente schématiquement le profil en coupe d'une poutrelle; - la figure 2 représente schématiquement en vue de côté le positionnement relatif des cylindres horizontaux de laminage et de la table d'entrée; - la figure 3 représente graphiquement la relation linéaire entre la dissymétrie d'une poutrelle et l'écart entre les couples des cylindres supérieur et inférieur; - -la figure 4 représente schématiquement, en coupe longitudinale, un mode de mise en oeuvre de l'invention - la figure 5 représente graphiquement les essais effec- tués et leurs résultats. Suivant l'exemple de la figure 1, la poutrelle 3 profi- lée en "H" est composée d'une âme 4 reliant en leur milieu deux ailes d'extrémité 5. Ainsi qu'on l'a vu précédemment, bl correspond à la demihauteur d'aile supérieure et b2 correspond à la demi-hauteur d'aile inférieure. Cette poutrelle, qui n'est encore qu'à l'état d'ébauche, est destinée à être laminée con- formément au procédé selon l'invention dans une installation de laminage telle que partiellement schématisée sur la figure 2. Cette installation comprend deux cylindres horizontaux 1 et 2, supérieur et inférieur respectivement, qui assurent le laminage de la poutrelle 3, laquelle est amenée par la table d'entrée à rouleaux porteurs 7 dans l'ouverture 6 de largeur al ménagée entre les cylindres 1 et 2. La table d'entrée est rendue mobile en translation verticale grâce à l'action de moyens habituels non représentés. La commande de ce mouvement sera décrite de façon détaillée dans la suite de la description. Compte tenu de ce qui précède et sachant que aO repré- sente l'épaisseur d'âme 4 initiale de la poutrelle (i.e. avant l'opération de laminage) et que T désigne la côte de l'extrémité inférieure des ailes de la poutrelle par rapport à la base de l'ouverture al, on en déduit qu'un engagement symétrique de la poutrelle entre les cylindres 1 et 2 correspond à- une aO al côte T = TO avec TO = b2 + - - 2 2 Un simple déréglage de la table 7 modifie cette côte T. Si T est supérieur à TO, la position de la table est trop basse, et inversement, si T est inférieur à TO, la position de la table est trop haute. Cela entraîne bien entendu un défaut de symé- trie de la poutrelle laminée, se traduisant par une position de l'âme 4 décalée vers le haut ou vers le bas respectivement par rapport à la ligne de mi-hauteur des ailes 5. Les inventeurs ont mis en évidence une relation linéaire entre le critère de dissymétrie "d" de la poutrelle habituelle- bi - b2 ment considéré: d % = 100 bl + b2 et un critère d'écart "/V" des couples des cylindres 1 et 2 exprimé selon: A% = 100 Cs - ci (i). Cs + Ci Ces deux variables, ainsi qu'on peut le voir, sont exprimées en pourcentage. La figure 3 représente cette relation de linéarité de la dissymétrie "d" en fonction de l'écart de couple nAn. Différents types de profils ont été utilisés pour établir cette relation: le signe"O"correspond aux poutrelles profilées dont les ailes sont parallèles, i.e. les poutrelles profilées en "H" et en "I", et le signe"e"correspond aux poutrelles dont les ailes sont inclinées, i.e. celles qui sont profilées en " ". Comme on le constate sur la figure 3, il existe effecti- vement une relation de linéarité entre "d" et " A". En outre, on note que la sensibilité de l'écart de couple t au réglage de la position relative de la table est plus élevée que celle de la dissymétrie d. En effet, sur la figure 3, on constate qu'une dissymétrie de 2 % peut induire un écart de couple de à 15 %. On comprend facilement l'intérêt de ces résultats. Tout d'abord, la mesure de l'écart de couple est simple. Et surtout, cette mesure peut être faite à tout moment et "en continu" pendant l'opération de laminage, ce qui permet de remédier immédiatement aux défauts de laminage des poutrelles que pourrait occasionner un mauvais positionnement en hauteur de la table 7. La figure 4 représente un exemple de réalisation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les cylindres de laminage 1 et 2 sont classiquement entraînés en rotation par un moteur réducteur M à l'aide des allonges de transmis- sion 8. Conformément à une réalisation de l'invention,. chaque allonge est pourvue d'une jauge de contraintes 9 reliée à une unité de calcul 10 qui commande un moteur réversible 13 d'action- nement des organes (non représentés) de réglage de la position en hauteur de la table d'entrée. Les jauges 9 délivrent à l'uni- té 10 des signaux représentatifs des valeurs de mesure des couples Cs et Ci appliqués aux cylindres 1 et 2. L'unité 10 élabore alors dans un calculateur 11 un signal correspondant à l'écart A entre les deux couples calculé en utilisant la Cs - Ci relation o6= 200 ( Cs + Ci) (I), o à est exprimé en pourcenta- Cs + Ci ge. Le signal représentant la valeur calculée t est alors envoyé dans un comparateur 12 qui reçoit sur son autre entrée (14) un signal "c" représentatif d'une valeur d'écart de référence à ne pas dépas- ser. En cas de dépassement, le comparateur envoie un signal de commande au moteur 13 de manière à ramener la valeur en- deçà du seuil de référence" c ". L'expérience a montré que de très bons résultats sont obtenus lorsque la valeur seuil à ne pas dépasser n'excède pas 3 % environ. En outre, en-deçà de 1,3 %, l'influence sur la symétrie des poutrelles n'est plus sensible. Différentes méthodes peuvent être retenues pour assurer le déplacement de la table dans le sens de la réduction de à en dessous du seuil de référence et qui font partie des connais- sances courantes de l'homme de métier. On se limitera à n'en citer brièvement que deux selon que l'on opte pour une prise en compte de la valeur absolue de A (notéelA à) ou de sa valeur algébrique. Dans le premier cas, un test de variation de I t sera prévu entre deux mesures successives i et A i+1. Si le résul- tat du test montre que | A i+1, est plus grand que | t i t, on en déduit que la correction de la position de la table a été faite dans le mauvais sens et on ordonne alors l'inversion du moteur 13. Le dispositif de test peut être simplement un comparateur pourvu d'une mémoire, placé avant, ou de préférence après le comparateur 12. Sa mémoire est initialement mise à zéro et le premier t A i | supérieur au seuil de référence est mémorisé puis remplacé par t /i+11 après avoir comparé tA i+1 t à t A il. Dans le deuxième cas, si la valeur absolue de à calculée est supérieure au seuil" c #, on prend en compte l'identité du cylindre (supérieur ou inférieur) dont la valeur du couple est déduite de l'autre dans le calculateur 11, et on considère le signe de à pour déterminer si la table doit être montée ou descendue. Ainsi, par exemple, si l'on effectue l'opération Cs - Ci et si le résultat A, supposé supérieur au seuil, présente un signe négatif (c'est-à-dire si le couple appliqué au cylin- dre supérieur 1 est plus faible que celui appliqué au cylindre inférieur 2), cela signifie que la table 7 doit être montée. Inversement, si à est positif, la table d'entrée doit être descendue. A contrario: si l'on effectue Ci - Cs, un signe né- gatif pour A conduira à une descente de la table et un signe positif conduira à une remontée. Au besoin, on adaptera la hauteur de la table de sortie à celle de la table d'entrée afin de ne pas gêner l'action de cette dernière. Comme on peut le voir sur la figure 5, qui représente la relation entre le réglage de la table (T-TO) et l'écart de couple A en pourcentage dans le cadre d'un simulateur à plasticine d'une cage de laminage universelle, on remarque qu'un mauvais réglage de la table de 1 mm peut provoquer un écart de couple d'environ 10 %. La sensibilité est donc suffi- samment élevée pour permettre un réglage précis de la position relative en hauteur de la table d'entrée 7. Le tableau I, qui rassemble les résultats de nombreux essais sur le simulateur, met bien en évidence la sensibilité de la mesure de l'écart de couple. Par ailleurs, des essais ont été effectués pour mon- trer l'évolution de la dissymétrie d'une poutrelle après plu- sieurs passes. Pour ce faire, la barre (référencée 8H dans la première colonne du tableau I) a été utilisée pour subir des traitements de laminage ultérieurs. Ainsi qu'on peut le voir dans le tableau I, pour cette barre (8H) un écart de couple de -30 % (5ème colonne) correspond à une dissymétrie d'hau- teur d'ailes "d' de -10 % (colonne 8) avec "bl" égal à 43,5 mm (colonne 6) et "b2" égal à 48 mm (colonne 7). La barre, dont on vient de constater la dissymétrie d'hauteur d'ailes a été soumise à deux traitements différents de laminage. Tout d'abord, on lui a fait subir une passe o l'écart des couples appliqués aux cylindres est égal à 0. Après cet essai, on constate que la dissymétrie de la barre (8H) est conservée. Ensuite, la barre (SH) a été soumise-à une passe avec un écart de couple A égal à +43 %, c'est-à-dire un déré- glage de 8 mm inverse de celui constaté dans la passe initiale (colonne 2 du tableau I). Suite à cet essai, on constate que la dissymétrie a été pratiquement corrigée. En effet, les résul- tats donnent un critère de dissymétrie égal à 2 % avec "bl" égal à 48 mm et "b2" égal à 47 mm. De ces essais, il découle qu'on pourra corriger un défaut de symétrie d'une poutrelle apparaissant au cours d'une passe, en effectuant la passe suivante avec un déréglage dissy- métrique inverse de celui qui a généré le défaut de symétrie. Comme on le comprend, l'intérêt de l'invention réside dans le fait qu'elle permet un contrôle en continu de la valeur de l'écart de couple et que par un dispositif automatique simple il est possible au cours du laminage de corriger immédiatement les défauts de symétrie des poutrelles. Il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'exem- ple décrit mais s'étend à de multiples variantes en équivalents dans la mesure o sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes. En particulier, le réglage de ia position relative en hauteur de la table est tout à fait envisageable par la modi- fication de la position en hauteur des cylindres de travail lorsqu'une telle mobilité est permise par l'installation. Dans ce cas, les cylindres 1 ou 2 sont montés dans des empoises réglables verticalement et le mouvement de ces empoises sera commandé par le moteur réversible 13. De même, les moyens de mesure des couples des cylindres supérieur 1 et inférieur 2 peuvent être des anneaux magnétiques entourant les allonges 8 d'entraînement des cylindres en rota- tion. Bien entendu, d'autres moyens de mesure peuvent également convenir. De plus, l'invention s'applique au laminage des poutrel- les métalliques de différents types, notamment celles qui sont profilées en "H" et en "I". 25666'84 TABLEAU g Ne 46 régla Couple Couple ú Hauteurs d barre ge table sup. inf. % _______ sup.inf.% 2 X 0 3,4 3,4 0 47,1 47,9 - 2 3 X - 3 3,0 3,9 - 26 46,2 49,5 - 7 4 X + 3 3,5 3,5 0 48,2 48,0 + 0,4 X * i3 2,0.' 2,7 - 30 47,5 49,5 - 4 6X - 5 1,8 2,8 - 43 47,0 50,6' - 6 8 X + 4 5,8 4,8 + 19 49 47 + 4 9 X - 2 2,1 2,8 - 28 47,9 48,2 - 0,6 X - 2 2,5 3,1 - 21 47,9 48,2 - 0,6 il X - 5 2,3 3,6 - 44 46,6 49,8 - 7 1 H O - 7 2,4 3,4 - 34 44,5 47 - 5,5 2 H o 0 2,6 2,6 0 46 46,5 - 1,0 3 H O + 4 3,1 2,7 14,0 47 46 + 2,2 4 H 0 + 8 4,4 3,3 28,6 47 45,5 + 3,3 H c' - 7 2,7 3,8 - 34 44,5 49 - 9,6 6 H o - 4 2,75 3,45 - 23 44 48,5 - 9, 7 7 H0 - 6 2,7 3,5 - 26 45 46,8 - 3,9 8 H a - 8 2,6 3,5 - 30 43,5 4B - A O - 8,5 3,5 5,6 - 46 43,5 49,5 - 13 B O - 7 1,5 2,8 - 60 43,3 47,4 - 9,0 C O - 10 5,75 7,50 - 26 43,5 51,5 - 17 D o + 10 5,7 4,8 + 17 52,5 42,0 + 22 E O - 10 4,25 6,0 - 34 44,5 50 - 12 REVIENDICATIONS 1) Procédé pour prévenir les défauts de symétrie des poutrelles en cours de laminage sur cage universelle, selon lequel on ajuste la position relative en hauteur de la table d'entrée de la cage de laminage par rapport aux cylindres de travail, procédé caractérisé en ce que: - on effectue une mesure des couples appliqués aux cylindres supérieur (1) et inférieur (2) de la cage; - on calcule, à partir de cette mesure, une valeur représentative de l'écart entre les deux couples exprimé par un critère de dissymétrie des poutrelles librement choisi à l'avance; - on compare ladite valeur à une valeur de référence "S" prédéterminée définissant un seuil de tolérance d'écart à ne pas dépasser, représentatif de la valeur maximale admissible du critère de dissymétrie; - et si la valeur calculée est supérieure en valeur absolue à la valeur de référence "c ", on agit sur la position relative en hauteur de la table d'entrée (7) par rapport aux cylindres de façon à ramener ladite valeur calculée en-dessous de la valeur de référence. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la valeur calculée (1) représentative de l'écart entre les deux couples des cylindres est déterminée en accord avec la relation, exprimée en pourcentage % = 200 (Cs - Ci) o Cs Cs + Ci et Ci sont les valeurs mesurées des couples des cylindres supé- rieur et inférieur respectivement en N.m. 3) Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le seuil de tolérance est choisi entre 1.5 et 3.0 % environ. 4) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens (9) de mesure en continu du couple des cylindres supérieur (1) et inférieur (2) et élaborant deux signaux représentatifs de la mesure de chaque couple; - une unité de calcul (11) recevant lesdits signaux 1 1 *et qui élabore un signal représentatif de la valeur de l'écart entre les deux couples; - un comparateur (12) dont une entrée est reliée à la sortie de l'unité de calcul, l'autre entrée (14) recevant un signal " 6 " représentatif d'une valeur d'écart de référence à ne pas dépasser, et dont la sortie est reliée à un moteur réversible (13) commandant la position relative en hauteur de la table d'entrée (7) de la cage de laminage par rapport aux cylindres (1, 2). 5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que la table d'entrée (7) est montée mobile en translation verticale et en ce que le moteur réversible (13) commande le réglagle de sa position en hauteur. 6) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que au moins un cylindre (1, 2) est monté dans les empoises réglables verticalement et en ce que le moteur réversible (13) commande le réglage de la position en hauteur de ces empoises. 7) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les moyens pour la mesure des couples des cylindres supérieur (1) et inférieur (2) sont des jauges de contrainte (9) placées sur les allonges (8) d'entraînement des cylindres en rotation. 8) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les moyens pour la mesure des couples des cylindres supérieur (1) et inférieur (2) sont des anneaux magnétiques entourant les allonges (8) d'entraînement des cylindres en rotation.