Brevet FR2589373A1 — publié le 19870507

La présente invention concerne un cylindre perfec- tionné destiné à être utilisé avec une installation permettant de traiter des produits laminés plats et dans lequel des flé- chissements nuisibles créés par une charge sont auto-compensés. Lors du laminage de produits plats en forme de bande enroulés, comme par exemple une bandé d'acier au carbo- ne chaude ou froide, du caoutchouc, une matière plastique, du papier et analogue, les cylindres, qui sont utilisés pour traiter le matériau, fléchissent entre leurs extrémités oppo- sées retenues, lorsque la partie centrale du cylindre est con- tactée par le matériau. Ce fléchissement entraîne des condi- tions inadmissibles pour le produit, en raison de son effet sur l'uniformité de la section transversale, c'est-à-dire le profil et la planéité de la bande,et de la réduction des bords (amincissement des bords)etdel'inaptitude à corriger de façon satisfaisante ces conditions. Par le passé et notamment dans l'industrie des la- minoirs, à laquelle on se réfèrera ci-après en vue d'expliquer l'invention, des tentatives ont été faites pour supprimer certaines ou l'ensemble de ces conditions nuisibles pendant le processus de laminage. Ces tentatives incluaient un flé- chissement des cylindres en combinaison avec un cintrage pré- déterminé des cylindres de la machine, l'utilisation de cy- lindres de travail possédant des formes particulières et/ou de cylindres d'appui incluant des cylindres dilatables à l'ai- de d'un fluideetdes cylindres déplaçables,et d'une commande thermique du cintrage des cylindres, etc. Afin de mieux apprécier la présente invention et également pour obtenir une information de base pour une meil- leure compréhension de l'invention, on se référera de façon plus détaillée à deux formes particulières de l'art antérieur. Pour la première, il s'agit de la description du brevet US N 4 299 109, dans lequel se trouve représenté un dispositif de décalage d'un manchon, comportant un arbre plein et un man- chon extérieur libre constituant l'ensemble du cylindre d'ap- pui, le manchon pouvant être déplacé en vue de réduire le flé- chissement de la partie des cylindres de travail s'étendant au-delà des bords de la bande qui est laminée. Pour la secon- de forme de l'art antérieur, on se réfère au brevet US N 4 407 151, qui montre un arbre interne de décalage d'un ensem- ble de cylindre d'appui, qui vise à obtenir le même résul- tat que dans le premier dispositif indiqué de l'art antérieur. Dans la présente invention, l'arbre et le manchon, qui sont réalisés sous la forme d'un ensemble en deux éléments, sont fixés rigidement l'un à l'autre de manière à aboutir aux mê- mes objectifs des deux formes de l'art antérieur, grâce à l'agencement approprié de la géométrie du manchon, conçue pour englober une gamme étendue de largeurs de bande. Cependant aucune de ces tentatives n'a pleinement réussi, en particulier en raison du fait que les nombreuses variables intervenant dans une opération normale de laminage, comme par exemple la variation de la largeur des bandes qui sont laminées et le degré de réduction d'une bande à l'autre, la variation de la température de bandes successives, la variation de la température de la bande au cours de son la- minage et la variation de la température du laminoir lui-même. Un autre aspect des conditions, qui constituent une partie de principe, de l'une des conditions aboutissant à l'obtention d'un produit inacceptable est la variation cons- tante intervenant dans la forme ou le contour de la surface de laminage des cylindres de travail du laminoir, lorsque ces cylindres sont soumis à une variation constante de la tempé- rature et de la charge. Même dans le cas o il est souhaita- ble d'obtenir un produit possédant un certain degré de profil non uniforme, il s'est avéré extrêmement difficile, par le passé, d'obtenir la stabilité requise des conditions de lami- nage et en particulier la forme ou le contour des surfaces de laminage sur les cylindres de travail de manière à obte- nir le profil désiré sur toute la bande et d'une bande à une autre. De même, par le passé, pour essentiellement les mêmes raisons, il était extrêmement difficile d'obtenir une bande plane, c'est-à-dire exempte de voilements et d'ondulations et d'empêcher une réduction des bords grâce à l'utilisation des moyens et des procédures de correction mentionnées ci- dessus. La présente invention apporte au moins une solu- tion substantielle à ces problèmes en fournissant un cylindre qui, de par sa nature propre, réduit fortement, s'il ne l'éli- mine pas, le fléchissement du cylindre dans le contexte in- diqué plus haut, ce qui permet d'obtenir une surface plane ou de créer, si on le désire, un degré contrôlé de planéité ou de profil d'une surface de contact des rouleaux, qui pour- rait être une surface de roulement, ou, dans le cas d'un dis- positif comportant une multiplicité de cylindres, une surface qui contacte un second rouleau. Un autre aspect de la présente invention est de fournir une surface de roulement ou de laminage, qui reste pour l'essentiel inchangée pendant la procédure de laminage et par conséquent réduit fortement le degré de modifications extérieures, qui doivent être exécutées, le cas échéant, afin d'obtenir une surface de laminage "plane" ou une surface de laminage à contour contrôlé. Un autre but de l'invention est de fournir une sur- face de laminage contrôlée du point de vue de son contour et qui, en combinaison avec des moyens extérieurs connus, comme par exemple un dispositif de cintrage de cylindres, compen- se l'effet nuisible du fléchissement des cylindres dans des conditions de laminage incluant une gamme étendue de varia- bles comme par exemple la variation de la largeur ou du type de la bande, la valeur de la réduction, la variation de la température, etc. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un cylindre à auto-compensation utilisé dans une instalanide laminage ou analogue pour laminer un matériau en forme de bande possédant des largeurs différentes, le cylin- !- dre étant soumis à une répartition non uniforme des charges de laminage entre ses extrémités opposées pendant le laminage ce qui affecte de façon nuisible les caractéristiques du pro- duit laminé, ledit cylindre servant de cylindre de travail ou de cylindre d'appui, auquel cas il est prévu dans l'ins- tallation un cylindre possédant une surface en contact avec le matériau, et comportant une partie périphérique extérieu- re munie d'une surface à laquelle une charge de laminage est appliquée, caractérisé en ce que le corps du cylindre possède une partie intérieure axiale essentiellement plane et que la- dite partie périphérique extérieure comporte des parties d'ex- trémité, qui sont réalisées sous la forme d'organes déplaça- bles s'étendant vers l'extérieur ou approximativement jus- qu'aux bords opposés du matériau le plus large devant être laminé, ces organes déplaçables étant agencés de manière à fléchir sous l'action d'une charge de laminage, dans une di- rection et à un degré permettant d'appliquer une répartition essentiellement uniforme de la charge de laminage entre ladi- te surface contactant le matériau et le matériau de largeur variable. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique montrant un cylindre de travail et un cylindre d'appui coopérant ensem- ble et montrant, sous une forme exagérée, le fléchissement propre et normal des cylindres sous l'action d'une force de laminage conformément à l'art antérieur; - la figure 2 est une vue semblable à la figure 1 montrant un cylindre d'appui agencé conformément à la pré- sente invention et indiquant l'interaction entre les deux cylindres, qui aboutit au fait que le cylindre de travail pos- sède une surface de laminage plane en raison de l'auto-com- pensation du fléchissement fourni par le cylindre d'appui; - les figures 3A,B,C et D sont des vues schémati- ques assez semblables à la figure 2 et permettant d'indiquer l'agencement de cavités ménagées dans le cylindre; et - la figure 4 est une vue schématique destinée à montrer des organes d'arrêt et d'étanchéité montés dans le manchon du cylindre. En se référant tout d'abord a la figure 1, on y voit représenté un cylindre de travail en fonte 10 réalisé de façon usuelle, sa surface de laminage contactant la ban- de S. Le cylindre de travail 10 est également contacté, de façon usuelle, par un cylindre d'appui en acier moulé 12, dont les tourillons 14, 16 sont maintenus au moyen d'organes de réglage d'interstices, comme par exemple des organes de ser- rage repérés par les deux symboles F/2, ce qui suggère égale- ment que chaque extrémité du cylindre d'appui 12 résiste à la moitié de la force totale de laminage F, qui est requise pour obtenir la réduction désirée de l'épaisseur de la ban- de S. La figure 1 montre également, à une échelleexagé- rée, le fléchissement normal des deux cylindres, parmi les- quels le cylindre de travail 10 possède un diamètre beaucoup plus petit et par conséquent est nettement moins rigide que le cylindre d'appui 12 et présente un fléchissement qui dé- pend du degré de fléchissement du cylindre d'appui. De même on a illustré le fait que le fléchissement du cylindre de tra- vail est appliqué à la bande S, ce qui entraine l'obtention de caractéristiques inacceptables dans la bande laminée, com- me par exemple un profil non uniforme, une non planéité et une réduction des bords. Ceci est dû à la répartition non uni- forme de la charge pendant le laminage sur le cylindre de tra- vail 10, comme cela est représenté par la courbe f1 et sur la bande S comme cela est représenté par la courbe f2 En se référant maintenant à la figure 2 qui, com- me indiqué plus haut, représente schématiquement le cylindre d'appui agencé conformément à la présente invention, on a uti- lisé des références identiques pour repérer les mêmes éléments que ceux représentés sur la figure 1. Si l'on considère le cylindre d'appui 18, il est constitué, dans ce cas, par deux éléments séparés, à savoir un arbre plein en fonte allié 20 et un manchon forgé en acier allié 22. Les extrémités oppo- sées du manchon 22 sont munies des cavités opposées 24, 26. Les cavités sont d'une manière générale cylindrique et possè- dent une forme axiale qui diminue d'une manière générale jus- qu'à un point de suppression en direction de l'axe central transversal du manchon 22 et de l'arbre 20 du cylindre d'ap- pui 18. Le manchon peut être fixé à l'arbre au moyen d'un pro- cessus d'ajustement fretté bien connu, mais on peut utiliser d'autres procédures, si on le désire. De même on notera que le cylindre d'appui 18 peut être un cylindre plein d'un seul tenant muni de cavités 24, 26 usinées ou formées d'une autre manière dans le cylindre de manière à fournir un "effet de manchon". L'aménagement des cavités 24, 26 est réalisé soi- gneusement, ce qui a pour effet que le manchon 22 réalise une auto-compensation du fléchissement du cylindre d'appui de ma- nière à fournir une surface unie ou essentiellement unie pour le cylindre de travail 10. Lors de cette auto-compensation, les extrémités opposées "libres" du manchon sous la charge de laminage sont amenées à fléchir dans une direction opposée à la direction dans laquelle elles fléchiraient normalement si les cavités n'étaient pas prévues, et ce à un degré de flé- chissement essentiellement égal au fléchissement de l'arbre, de manière à rendre les surfaces de contact des deux cylin- dres essentiellement "planes" comme représenté sur la figure 2 et par conséquent les surfaces de contact entre le cylindre de travail 10 et la bande S sont essentiellement "planes". En se référant à nouveau à la figure 2, cette dernière montre, au moyen d'une série de flèches parallèles indiquant l'appli- cation d'une force et au moyen d'une courbe f3 de variation de la force, la répartition de la force de laminage appliquée f par la bande S. De même on a représenté la réaction du man- chon 22 à la force de laminage, avec comme conséquence le fait que les parties des cavités 24 à 26 et notamment des extrémi- tés extérieures voisines du cylindre de travail 10 sont flé- chies vers l'intérieur, c'est-à-dire en direction du cylindre d'appui, sous l'action de la force de laminage, et ce de ma- nière à maintenir "plane" la surface extérieure du manchon 22 sur l'étendue de la largeur de la bande S, c'est-à-dire que ladite surface ne suit pas le fléchissement de l'arbre 20 du cylindre d'appui, dont l'axe longitudinal central est représenté par la courbe 28. Les courbes f3 et f4 de la figu- re 2 servent, par comparaison aux courbes fl et f2 de là figu- re 1, à illustrer la caractéristique d'auto-compensation du cylindre 18 et la manière dont la surface de contact entre le cylindre de travail 10 et la bande S est caractérisée par une répartition essentiellement uniforme de la charge de la- minage, tandis que sur la figure 1 cette répartition est es- sentiellement non uniforme. Le profil particulier et la longueur axiale des cavités 24 et 26 pour une opération donnée de laminage en fonc- tion de la gamme des charges de laminage, des types et des matériaux devant être laminés, etc peut être obtenu au moyen de plusieurs techniques bien connues, les cavités représen- tées ayant été déterminées par une analyse aux éléments finis, incluant un programme de logiciel tel que le programme dési- gné-par ANSYS, fourni par Swantson Analysis. En référence à l'utilisation d'une procédure d'ana- lyse aux éléments finis, on se référera à la figure 3, sur laquelle on a indiqué les paramètres des cavités situées à une extrémité du rouleau 18, qui interviendraient lors de la détermination de la forme, de l'épaisseur et de la longueur désirées des cavités et qui sont évidents lorsqu'on regar- de le dessin. De même les références W1,..W2 wi... wn sont représentatives de la gamme particulière des largeurs de bande devant être laminées. Pour la conception des cavités, on va donner ci- après un bref résumé de l'utilisation de l'analyse aux élé- ments finis: En référence a la figure 3A, on considère une ban- de étroite et un manchon de courte longueur 22 de la partie formant cavité du cylindre d'appui 16. On notera que ces deux éléments possèdent la même largeur W1. En utilisant l'analyse aux éléments finis, on peut choisir l'épaisseur t1 de manière que le fléchissement soit le même au niveau du centre et au niveau du bord de la bande. Dans ces conditions, un cintrage de la bande est éliminé. En se référant à la figure 3B, on voit que la lar- geur de la bande est accrue de la valeur W2 de même que la longueur de la partie formant cavité du manchon du cylindre d'appui. L'épaisseur t2 peut être déterminée de manière que le cintrage de la bande soit nul comme dans le cas de W1. En suivant la même procédure que sur les figures 3C et D, on peut résoudre successivement la répartition de l'épaisseur du manchon... t1...t. t n- En utilisant ce cylindre d'appui agencé de fa- çon particulière, on peut recalculer le profil de la bande pour différentes largeurs de bande dans un laminoir particu- lier. En se référant à la figure 4, on y voit représen- té, à l'extrémité de l'arbre, un organe angulaire de butée situé dans l'une des cavités et qui peut être monté par frettage sur l'arbre et réalisant le matériau rigide tel que de l'acier. L'organe de butée est agencé de manière à limiter le déplacement de l'extrémité finale des cavités 26 dans le cas o il apparaîtrait une condition de surcharge qui, si- non, pourrait endommager les parties formant cavités du man- chon 20. Un organe d'étanchéité 32, qui est également monté de façon appropriée sur l'arbre, est en butée contre l'organe de butée et s'étend suivant la direction radiale. L'organe d'étanchéité limite la quantité de poussière et d'autres sub- stances étrangères. Des éléments semblables sont prévus pour l'autre cavité. Dans certaines applications d'un laminage, en par- ticulier dans celles requises pour couvrir une gamme très éten- dues de charges de laminage telles que celles produites par exemple par une gamme étendue de largeurs de bande, devant être laminées, on peut utiliser de la meilleure façon les avan- tages complets de la présente invention en employant une cer- taine forme de cintrage des cylindres, de préférence un cin- trage du cylindre de travail,d'untype bien connu dans la tech- nique. L'un des avantages de la présente invention par rap- port aux agencements connus de cylindres conçus pour réduire les fléchissements des cylindres, tient au fait que la pré- sente invention réduit de façpn substantielle la valeur du cintrage de correction du cylindre qu'il faut par exemple réa- liser, par rapport au dispositif de cintrage des cylindres de l'art antérieur, étant donné que ce dernier avait pour ef- fet de réduire de façon substantielle la rigidité du cylindre, tout en augmentant d'une manière effective et substantielle l'ampleur de la correction qui devait être exécutée au moyen du système de cintrage des cylindres. Conformément à la pré- sente invention l'aptitude du cylindre à fournir au moins une surface de laminage substantiellement "plane" réduit les ef- fets correctifs du système de cintrage des cylindres, qui sont représentés sur la figure 2 au moyen de flèches bidirection- nelles 34, à leur valeur minimale telle qu'elle est fournie par des défauts de la machine ou des erreurs de maintenance ou de fonctionnement, qui ne sont pas prises en compte dans la réalisation du profil et de la longueur des cavités. REVENDICATIONS 1. Cylindre à auto-compensation utilisé dans une installation de laminage ou analogue pour réaliser le laminage d'un matériau en forme de bande(S), et dans lequel le cylindre (18)est soumis, entre ses extrémités opposées, à une distribu- tion non uniforme de la charge de laminage pendant le laminage, ce qui affecte de façon nuisible les caractéristiques du pro- duit laminé,ce cylindre servant de cylindre de travail oud'ap- pui,auquel cas il est prévu dans l'installation un cylindre possédant une surface contactant le matériau,et possédant un corps de forme générale cylindrique(20,22)comportant une par- tie périphérique extérieure munie d'une surface à laquelle une charge de laminage est appliquée,caractérisé en ce que le corps(20,22)du cylindre comporte une partie axiale intérieu- re essentiellement pleine(20)et que ladite partie périphérique extérieure(20)comporte des parties d'extrémité,qui sont agen- cées sous la forme d'organes déplaçables qui s'étendent vers l'extérieur au moins approximativement jusqu'aux bords opposés du matériau le plus large devant être laminé et sont réalisés de manière à fléchir sous l'action d'une charge de laminage, dans une direction et à un degré entraînant une répartition essentiellement uniforme de la charge de laminage entre ladi- te surface contactant le matériau et le matériau d'épaisseur variable. 2. Cylindre à auto-compensation selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la partie extérieure périphé- rique comporte également une partie centrale et que lesdits organes déplaçables desdites parties d'extrémité comportent des ouvertures en forme de cavités (26). 3. Cylindre de compensation selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que la taille des cavités (26) di- minue graduellement en direction de la partie centrale, au niveau de laquelle elles disparaissent avant d'atteindre le centre du cylindre, dans la direction transversale. 4. Cylindre à auto-compensation selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les cavités (26) comportent des parties d'extrémité libre opposées, qui sont agencées de manière à fléchir dans une direction dirigée vers l'axe du corps (20) du cylindre, sur une distance égale es- sentiellement au fléchissement de la partie intérieure sous la charge de laminage. 5. Cylindre à auto-compensation selon l'une quel- conque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le corps (20, 22) du cylindre comporte un arbre intérieur plein (20) et un manchon extérieur concentrique (22), qui sont fixés ri- gidement l'un à l'autre, et que les cavités (26) sont formées entre ledit arbre et ledit manchon, au niveau de leurs extré- mités correspondantes respectives. 6. Cylindre à auto-compensation selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que les cavités (26) possèdent une section transversale de forme générale triangulaire telle que leur épaisseur diminue lorsque l'on s'écarte du centre du cylindre suivant la direction transversale. 7. Cylindre à auto-compensation selon l'une quel- conque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'un or- gane de butée (30) est présent dans la partie la plus exté- rieure des cavités (26) et est conçu et agencé de manière à empêcher un fléchissement donné des organes déplaçableso 8. Cylindre à auto-compensation selon l'une quel- conque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les cavités comprennent des moyens d'étanchéité (32) situés au niveau de leurs extrémités extérieures et conçues et agen- cé6s de manière à empêcher la pénétration de substances étran- gères extérieures dans les cavités. 9. Cylindre à auto-compensation selon l'une quel- conque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les parties intérieures correspondantes dans l'étendue en épais- seur des organes déplaçables par rapport au centre du cylin- dre, dans le sens transversal, sont agencées de telle sorte qu'elles présentent une variation d'épaisseur permettant de compenser le fléchissement correspondant à une répartition serrée de largeurs:de la charge et que des parties extérieures, qui possèdent une forme variant progressivement, desdits or- ganes déplaçables sont agencées de manière & compenser une répartition progressivement plus étendue des conditions de charge de manière que le cylindre soit apte & compenser le fléchissement produit par une répartition variable des char- ges de laminage. 10. Installation de laminage utilisable pour ré- duire différentes largeurs d'un matériau en forme de bande (S), comprenant un cylindre (10) servant a réduire le maté- riau et possédant une surface de contact avec le matériau, qui réduit ce dernier, et un second cylindre (18) agencé sous la forme d'un cylindre d'appui pour ledit cylindre de travail, ce cylindre d'appui étant soumis à une répartition non uni- forme de la charge de laminage pendant le laminage, carac- térisée en ce que ledit cylindre d'appui f18) est constitué par un cylindre à auto-compensation selon l'une quelconque des revendications précédentes.