Brevet FR2588491A1 — publié le 19870417

"Mandrin ou bouchon de mandrin pour un laminoir servant à fabriquer des tubes sans soudure ". La présente invention concerne un mandrin ou bouchon de mandrin pour un laminoir pour fabri- quer des tubes sans soudure avec un perçage longitudinal, coaxial pour l'alimentation et l'évacuation de l'agent de refroidissement, notamment de l'eau, et dans lequel pénètre un élément de guidage servant à diriger l'agent de refroi- dissement. De tels mandrins ou bouchons de man- drin sont soumis à des contraintes mécaniques et thermiques très importantes, et qui, au cours du temps, ont toujours augmenté du fait de l'augmentation recherchée du rendement des laminoirs, de façon qu'il faut de plus en plus prévoir un refroidissement interne de ces pièces. Dans le mandrin connu de ce type (DE-OS 19 48 062), l'élément de guidage qui conduit l'agent de refroidissement se compose d'un tube qui pénètre coaxialement dans le perçage longitudinal du mandrin. Le diamètre extérieur de ce tube est beaucoup plus faible que le diamètre intérieur du perçage longitudi- nal de façon qu'entre la paroi extérieure du tube et la paroi intérieure du perçage longitudinal on ait un volume intérieur à section en anneau de cercle. L'agent de refroi- dissement s'écoule à travers le tube jusqu'au niveau de la pointe de la tige du mandrin ou se termine le tube. De là, l'agent de refroidissement passe par le volume intérieur de section essentiellement en anneau de cercle. Dans cette construction connue, le passage de la chaleur entre la tige du mandrin et l'agent de refroidissement se fait uniquement par la paroi inté- rieure du perçage longitudinal dont la surface est limitée étant donné les dimensions de la tige du mandrin. Les dimensions de la tige du mandrin sont déterminées par le produit à laminer et sont de ce fait essentiellement fixes. Une augmentation de la paroi intérieure du perçage longi- tudinal pour une meilleure évacuation de la chaleur n'est pas possible pour cette raison. On ne peut pas non plus augmenter le diamètre du perçage, car l'épaisseur de la paroi de la tige du mandrin ne doit pas être inférieure à une épaisseur minimale, déterminée, car, sinonion peut craindre des déformations inacceptables de la tige du man- drin au cours du laminage. La même remarque s'applique également aux bouchons de mandrin qui sont prévus à l'ex- trémité avant d'une tige de mandrin. L'éacuation de la chaleur que l'on réalise à l'aide de cette construction connue ne suffit pas en général pour les laminoirs actuels à fort rendement, notamment pas si} pendant le laminage, on n'utilise qu'une seule tige de mandrin pour éviter un remplacement fréquent, relativement compliqué de la tige de mandrin. La présente invention a ainsi pour but de creer un mandrin ou une tige de mandrin susceptible d'être refroidi beaucoup mieux que les éléments de l'art antérieur et de ce fait beaucoup moins sollicité que ceux-ci. A cet effet, la présente invention concerne un mandrin ou un bouchon de mandrin du type ci- dessus, caractérisé en ce que l'élément de guidage est appliqué de façon conductrice de chaleur contre la paroi intérieure du perçage longitudinal, cet élément étant en un matériau à conductibilité thermique élevée comme par exemple du cuivre ou des alliages de cuivre et présente plusieurs canaux pour l'alimentation et l'évacuation de l'agent de refroidissement. De cette façon, on obtient que l'en- semble de la surface assurant l'échange de chaleur et qui est balayé par l'agent de refroidissement soit augmenté considérablement; l'évacuation de la chaleur est ainsi augmentée de façon correspondante car, dans l'élément de guidage, il n'y a pas seulement un canal pour l'alimenta- tion d'agent de refroidissement et un canal pour l'évacua- tion d'agent de refroidissement mais plusieurs canaux. En outre dans le cas du mandrin ou du bouchon de mandrin selon l'invention, la chaleur n'est pas transmise seule- ment à l'agent de refroidissement qui s'évacue mais égale- ment directement à l'agent de refroidissement qui sort, ce qui n'est pas possible dans les constructions connues, car le tube d'alimentation ne présente pas de contact conduc- teur de chaleur, notable avec la paroi intérieure du per- çage longitudinal. En outrepar la réalisation correspon- dante des sections des canaux, on peut régler de façon optimale la vitesse de l'eau et ainsi l'évacuation de la chaleur. De même>du fait de la bonne conductibilité thermi- que de l'élément de guidage et de son appui conducteur de chaleur contre la paroi intérieure du mandrin ou du bouchon de mandrin, on est en mesure d'évacuer une quantité de chaleur particulièrement importante par unité de temps à partir du mandrin ou du bouchon et de transférer cette chaleur à l'agent de refroidissement en passant par les surfaces de transfert de chaleur, plus grandes) des parois des canaux de l'élément de guidage. Si l'on veut réaliser un refroidissement régulier du mandrin ou du bouchon sur toute la longueur ainsi qu'une évacuation de chaleur aussi importante que possible, il est avantageux de réaliser l'élément de guidage de façon qu'il s'applique de manière conductrice de chaleur sur toute la longueur contre la 2586 491 paroi intérieure du perçage longitudinal. Un mandrin ou un bouchon de mandrin réalisé de cette manière n'a plus à être remplacé après chaque pièce laminée. On peut faire l'économie des dispositifs coûteux de remplacement de man- drins et de la circulation des mandrins. On évite également dans une très large mesure les différences de dimensions résultant du remplacement de l'outil intérieur. Il est recommandé de prévoir dans l'élément de guidage le canal assurant l'alimentation en agent de refroidissement, de façon intérieure au niveau de l'axe longitudinal et de prévoir les canaux d'évacua- tion de l'agent de refroidissement 'à'l'extérieur à la périphérie de l'élément de guidage. Il est toutefois ega- lement possible d'avoir un élément de guidage ne comportant aucun canal au niveau de l'axe longitudinal pour l'agent de refroidissement mais ayant des canaux d'alimentation et des canaux d'évacuation d'agent de refroidissement qui sont répartis de façon alternée à l'extérieur à la périphé- rie de l'élément de guidage. Ce dernier mode de réalisation convient avant tout pour des mandrins et des bouchons de mandrin a\ant des diamètres extérieurs relativement réduits. Dans un mode de réalisation avantageux de l'in\ention, l'élément de guidage est relié de façon con- ductrice de la chaleur par des soudures à la paroi inté- rieure du perçage longitudinal. De cette manière, on arrive à une bonne conductivité de la chaleur entre l'élément de guidage et le mandrin ou le bouchon de mandrin. Il est également possible de relier d'une part,l'élément de gui- dage et, d'autre part, le mandrin ou le bouchon,par retrait ou réduction du mandrin ou du bouchon de mandrin après in- troduction de l'élément de guidage, de façon conductrice de chaleur. Les surfaces conductrices de chaleur sont alors pressées l'une contre l'autre par une pression mécanique et sont ainsi reliées de façon conductrice de la chaleur. Si l'élément de guidage est en cuivre ou en alliage de cui- vre oule cas échéant en d'autres matériaux à bonne conduc- tibilité thermique, on n'a pas a craindre de desserrage accidentel de cette liaison en cours de fonctionnement. Le coefficient de dilatation thermique de ces matériaux est très supérieur à celui de l'acier dans lequel sont réalisés le mandrin ou le bouchon de mandrin. De plus, il faut veiller à ce que l'enveloppe extérieure du mandrin ou du bouchon de mandrin soit suffisamment épaisse afin que les efforts de laminage qui se présentent ne produisent pas de déformation plastique. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'élément de guidage peut être réalisé en pièces de courte longueur fabriquées par filage à la presse ou par un usinage avec enlèvement de copeaux, ces pièces étant disposées les unes derrière les autres dans le per- çage longitudinal. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de quelques exemples de réalisation représentés dans les dessins annexes, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale, axiale de l'extrémité avant d'un mandrin. - la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1. - la figure 3 est une coupe axiale d'un bouchon de mandrin selon l'invention avec un élément de guidage. - la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. - la figure 5 montre un autre mode de réalisation représenté comme à la figure 4. A la figure 1, la référence 1 désigne un mandrin dont la tête 2 est maintenue par un élément de guidage 3. La tête de mandrin 2 ferme le c'té avant d'un perçage longitudinal 9 du mandrin 1, tubulaire et est main- tenue à l'aide d'un filetage 4,par l'élément de guidage 3. L'élément de guidage 3 est en un matériau à forte conducti- vité thermique et s'applique fortement contre la paroi intérieure portant la référence 5 du perçage longitudinal 9 pour avoir un bon transfert de chaleur entre le mandrin 1 et l'élément de guidage 3. Un agent de refroidissement de préférence de l'eau. passe d'un tube 6 en un matériau bon conducteur de chaleur à l'intérieur de l'élément de guidage 3 et revient de nouveau par les canaux 7. La forme de la section des canaux 7 apparaît clairement à la figure 2 ainsi que l'usinage de ces canaux dans l'élément de guidage 3. En outre, on voit- que le tube 6 fait partie de l'élément de guidage 3 et ce n'est uniquement que pour des raisons de fabrication qu'il ne fait pas corps avec celui-ci. Pour que l'agent de refroidissement qui arrive par le tube 6 participe également à l'évacuation de la chaleur, le tube 6 est relié solidement et de façon à bien conduire la chaleur avec l'élément de guidage 3 et cela par les ailes 3a qui existent entre les canaux 7. Une partie de la chaleur passe également du mandrin 1 par l'élément de guidage 3 et ses ailes 3a dans le tube 6 servant de canal d'alimenta- tion d'agent de refroidissement et-de là la chaleur est évacuée par l'agent de refroidissement qui revient et qui absorbe encore de la chaleur lors du retour à travers les canaux 7 pour évacuer cette chaleur. Le bouchon de mandrin 8 représenté à la figure 3 est refroidi)en principe de la même manière que le mandrin 1 selon les figures 1 et 2. I1 comporte également un élément de guidage 3 qui est glissé dans un perçage longitudinal 9, coaxial du bouchon 8. Le bouchon 8 est maintenu par une tige de bouchon 10 comportant intérieurement une conduite d'alimentation en agent de refroidissement 11 à laquelle est relié l'élément de guidage 3. Un joint 12 sépare l'agent de refroidissement qui arrive de celui qui revient. Le perçage longitudinal 9 arrive jusqu'à la pointe du bouchon 8; à cet endroit, il y a plusieurs orifices de sortie 13 répartis à la périphérie (tous n'apparaissent toutefois pas à la figure 3) par lesquels une partie de l'agent de refroidissement peut également arriver au niveau de la surface extérieure du bouchon 8. La figure 4 montre la réalisation de l'élément de guidage 3 dont les nervures 14 s'appliquent solidement et de façon conductrice de chaleur contre la paroi intérieure 5 du trou longitudinal 9 du bouchon 6. Comme moyen de guidage de l'agent de refroidissement, on a le perçage 15 à l'intérieur de l'élément de guidage 3 et les canaux 7 servent à l'évacuation de l'agent de refroidissement) comme dans le mode de réalisation de la figure 2. Le mode de réalisation de la figure 5 se distingue du mode de réalisation de la figure 4 unique- ment en ce que le perçage 15 n'existe pas au niveau de l'axe longitudinal et au lieu de celui-ci les canaux 16 serpent alternativement de canaux d'alimentation en agent de refroidissement et de canaux d'évacuation d'agent de refroidissement. R E V E N D I CA T I 0 N S 1 ) Mandrin ou bouchon de mandrin pour un laminoir pour fabriquer des tubes sans soudure avec un perçage longitudinal, coaxial pour l'alimentation et l'évacuation de l'agent de refroidissement, notamment de l'eau, et dans lequel pénètre un élément de guidage servant à diriger l'agent de refroidissement, caractérisé en ce que l'élément de guidage (3, 6) est appliqué de façon conductrice de chaleur contre la paroi intérieUre (5) du perçage longitudinal (9), cet élément étant en un maté- riau à conductibilité thermique élevée comme par exemple, du cuivre ou des alliages de cuivre et présente plusieurs canaux (7, 15, 16) pour l'alimentation et l'évacuation de l'agent de refroidissement. 2 ) Mandrin ou bouchon de mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans l'élément de guidage (3), le canal (15) servant à l'ali- mentation en agent de refroidissement est prévu intérieu- rement au niveau de l'axe longitudinal et les canaux (7) pour l'évacuation de l'agent de refroidissement sont prévus de façon répartie à la périphérie de l'élément de guidage (3). 3 ) Broche ou mandrin selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'élément de guidage (3) ne comporte pas de canal pour l'agent de refroidisse- ment au niveau de son axe longitudinal mais à l'extérieur, à la périphérie de l'élément de guidage (3), il comporte une alternance de canaux d'alimentation d'agent de refroi- dissement et de canaux d'évacuation d'agent de refroidis- sement (16). 4 ) Broche ou mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément de guidage (3, 6) est relié de façon à con- duire la chaleur, par soudure sur la paroi intérieure (5) du perçage longitudinal (9). ) Mandrin ou bouchon de mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caracté- risé en ce que/d'une part,l'élément de guidage (3, 6) et, d'autre part, le mandrin (1) et le bouchon de mandrin (8) sont reliés de façon à conduire la chaleur, par retrait ou réduction du mandrin (1) et du bouchon (8) après introduc- tion de l'élément de guidage (3). 6 ) Mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que plusieurs élé- ments de guidage (3,-6) sont des parties de piece de lon- gueur réduite réalisées à l'aide d'une presse à filage ou par un usinage avec enlèvement de copeaux, éléments qui sont disposés les uns derrière les autres dans le perçage longitudinal (9).