Brevet FR2591919A1 — publié le 19870626

Machine-outil pour laminer par refoulement des pièces cylindriques creuses ". La présente invention concerne une machine-outil pour laminer par refoulement des pièces cylindriques creuses se composant d'un support pour fixer les pièces et d'au moins une paire de galets (paire de galets de laminage par refoulement) poussant contre la paroi de la pièce, l'un des galets attaquant la paroi de la pièce de l'intérieur et l'autre galet de l'extérieur. De telles machines-outils sont con- nues pour la fabrication de pièces dont les dimensions correspondent sensiblement à un diamètre de 400 à 8 000 mm, une épaisseur de paroi initiale de 4 à 100 mm, une épais- seur de paroi finale de 1 à 30 mm et une longueur de tuyaux terminés de l'ordre de 500 à 16 OOO mm. On connaît une machine-outil de ce type selon le brevet US-A 3 287 951. Par le procédé de laminage par refoulement, on fabrique des tuyaux de grande longueur à partir de tuyaux courts à paroi épaisse. Dans le dispositif connu, on fixe le tuyau initial dans un support et on le fait tourner à l'aide de ce support. A l'extrémité frontale libre de la pièce se trouve un porte- galets coulissant axialement qui pousse deux paires de galets de l'intérieur et de l'extérieur contre la paroi de la pièce et les déplace en direction du support pendant l'opération de laminage. Entre le portegalets et le tuyau à réaliser, il subsiste un intervalle dans lequel peut pénétrer le tuyau à allonger par laminage. Cet intervalle est toutefois limité dans la direction axiale par les porte-galets de sorte que la machine-outil connu ne permet de réaliser que des tuyaux relativement courts. La présente invention a pour but de développer une machine-outil du type ci-dessus n'ayant pas de limites dans l'espace, imposées par la machine- outil pour le tuyau à fabriquer. A cet effet, l'invention concerne une machine-outil du type ci-dessus, caractérisée par au moins un porte-galets et le support de la pièce qui sont suscep- tibles d'être fixés mobiles en rotation ou coulissants axialement dans un plan transversal à la direction de laminage. Grâce au déplacement du point de jonction, du moins des tuyaux intérieurs avec la machine- outil dans le plan du support pour la pièce, on supprime toute partie d'outil qui serait en saillie par rapport à l'extrémité libre de la pièce, de sorte que la pièce que l'on allonge par laminage peut se développer suivant une longueur quelconque dans la direction axiale. De manière avantageuse, on bloque dans le même plan non seulement les galets intérieurs mais également les galets extérieurs. Selon un mode de réalisation de l'in- vention, le plan est constitué par une structure de sup- port sur laquelle le porte-galets des galets intérieurs est fixé de manière sensiblement centrée, et le support de la pièce est concentrique autour du porte-galets. I1 s'agit d'une construction très simple et très peu encombrante permettant de fixer toutes les parties de l'outil dans la structure de support plane. Autour du support de la pièce, on peut en outre fixer le porte-galets correspondant aux galets extérieurs. Dans ce cas, les porte-galets et la pièce cylindrique, bloquée, -99191 sont parallèles alors que les galets eux-mêmes sont fixés transversalement sur les porte-galets. Pour l'allongement par laminage de la pièce c'est-à-dire du tuyau initial à paroi épaisse, le tuyau allongé peut remonter librement entre les galets. Dans la machine-outil selon l'inven- tion, on peut effectuer des mouvements de rotation et d'avancée, nécessaires en entraînant le-support et/ou le porte-galets. Selon un mode de réalisation préfé- rentiel, on fait tourner la pièce et les galets effectuent des mouvements axiaux. Pour cela, le support de la pièce dans la structure de support est monté mobile en rotation et comporte un moyen d'entraînement correspondant alors que le porte-galets est de préférence constitué par trois ou plusieurs colonnes qui sont montées coulissantes axia- lement dans des manchons de coulissement à l'intérieur de la structure de support. Des broches et des moyens d'en- traînement correspondants permettent de déplacer les C20 porte-galets. Pour que l'outil puisse s'utiliser pour un produit initial et un produit final de dimensions différentes, les galets du porte-galets sont montés cou- lissants ou réglables radialement (par rapport à l'axe de I 'outil). Des systèmes de perçage et de tiges permettent de régler grossièrement la position radiale des galets. Le réglage fin est assuré -par un coin qui d'une part permet de régler de manière précise la position souhaitée des galets et qui puisse recevoir par ailleurs toutes les contraintes de pression des galets. Le principe de la machine-outil selon l'invention offre en outre l'avantage de pouvoir se réaliser pour la fabrication de tuyaux de petites dimen- sions jusqu'à des tuyaux de grandes dimensions ou encore des tuyaux de diamètres différents. Pour des petits tuyaux, le dispositif peut être mis en position horizon- tale. Pour de très grands tuyaux, on peut prévoir une disposition verticale dont la structure de support est constituée par une fondation dont sortent verticalement les porte-galets. A l'aide de tels dispositifs, on peut fabriquer des tuyaux ayant un diamètre allant jusqu'à 8 m et une longueur de 16 m. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, on a quatre paires de galets, les galets extérieurs étant prévus aux coins d'un anneau carré qui fait partie du porte-galets extérieur. Dans cette dispo- sition, le porte-galets ou les pièces de liaison qui reçoivent les contraintes de pression élevées des galets sont exposés à des contraintes de flexion aussi réduites que possible entre les galets de l'anneau carré. La dis- position diamétrale des quatre galets intérieurs ne charge les portegalets intérieurs qu'en pression. De cette manière, la réalisation des porte-galets est rela- tivement simple du fait que par le choix du matériau et de l'épaisseur, on obtient la résistance à la traction ou a la compression, nécessaire. La machine-outil selon l'invention permet de fabriquer avec une très grande précision non seulement de très grands tuyaux mais également de petits tuyaux et des grands tuyaux. La possibilité de réglage radial des galets permet en outre de fabriquer des tuyaux de diamètres différents ou ayant des rainures ou analo- gues. Les galets intérieurs ont de préfé- rence un plus petit diamètre que les galets extérieurs afin d'arriver à la même surface de contact entre les galets et la paroi de la pièce à l'intérieur et à l'ex- térieur. De cette manière pour la même pression des galets, on arrive à une déformation par laminage, régu- lière ou une déformation symétrique de la paroi. Le diamètre moyen du cylindre refoulé correspond au diamètre moyen de la pièce initiale. Les paires de galets sont montées décalées l'une par rapport à l'autre dans la direction axiale. En réglant la paire de galets avec un intervalle décroissant dans le sens contraire du sens de laminage, il est possible de fabriquer également des tuyaux très longs au cours d'une phase de laminage du fait que chaque paire de galets assure une transformation par allongement. La présente invention sera décrite de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisa- tion représentés schématiquement dans les dessins annexes, dans lesquels: - les figures 1-3 représentent cha- que fois un exemple de réalisation. - la figure 4 est un détail de la figure 3. La figure 1 montre un outil de laminage à refoulement 10 aligné horizontalement; cet outil comporte dans un plan 11 perpendiculaire à l'axe 12 de l'outil une structure de support 13 qui porte toutes les parties de l'outil. Les parties de l'outil se compo- sent d'un support 15 dans lequel se fixe l'outil 16 et qui est monté mobile en rotation dans la structure de sup- port 13. Un porte-galets 20 est monté coulissant axiale- ment sur l'axe 12 de l'outil; dans une partie frontale 21, ce portegalets comporte deux galets de refoulement 22 et 23 (appelés ci-après simplement "galets") et qui sont montés dans des supports 24, 25 coulissants respec- tivement dans la direction radiale. A l'extérieur du rayon de la pièce se trouve un second porte-galets 30 dont la partie frontale 31 est munie de contre-galets de laminage à refoulement 32, 33 (appelés simplement "galets") par rapport aux galets intérieurs 22, 23. Ceux-ci sont également montés dans des supports 34, 35 réglables radialement. Le porte- galets extérieur 30 est également monté coulissant axialement dans la structure de support 13. Les porte-galets 20 et 30 qui sont montés parallèlement se trouvent dans le même plan 11 que le support de pièce 15, si bien qu'aucune liaison trans- versale n'est nécessaire à l'extérieur du plan de sup- port de l'outil et qui pourrait limiter le développement axial de la pièce 16 ou du produit ou tuyau 38 réalisé par ce laminage à refoulement. Cela signifie que toutes les liaisons entre les différentes pièces de l'outil se trouvent au niveau de l'extrémité frontale de la pièce 16 là o cette pièce est fixée. La zone opposée à la face frontale libre 39 de la pièce 16 du tuyau 38 est par con- tre totalement libre, de sorte qu'il n'y a pas de limite à la longueur des produits 38 à réaliser. Au cours du laminage à refoulement, la pièce 16 est fixée dans le support 15 et les porte- galets 30 sont réglés axialement en fonction de la lon- gueur de -la pièce initiale de manière que la première paire de galets 22, 32 s'applique contre la face frontale libre de la pièce et que la seconde paire'de galets 23, 33 ne soit pas encore en appui. Le support 15 est alors mis en rotation à l'aide d'un moyen d'entraînement non représenté pendant que les porte-galets 20 et 30 sont déplacés régulièrement dans la direction de la flèche c'est-à-dire en se rapprochant de la structure de sup- port 13. Suivant l'épaisseur de paroi à réduire, on règle la pression et l'écartement radial des galets 22, 32 et 23, 33 dont dépendent en définitive la vitesse périphérique du support 15 et la la vitesse de déplacement des porte-galets 30, 20. Du fait des galets d'une paire de galets et qui poussent l'un contre l'autre, on a un allongement au niveau des deux faces de la paroi 259 1 9 1 9 de la pièce 16. Les galets d'une paire de galets se par- tagent le travail de transformation. Les deux galets ne pénètrent ainsi dans la pièce que sur la moitié de la profondeur à laquelle devrait pénétrer un seul galet s'il devait faire ce travail de transformation. La possibilité de déplacement radial des galets 22, 23, 32, 33 permet de réaliser à l'aide d'un outil 10 des pièces ou tuyaux 38 de diamètres diffé- rents et pour un même degré de transformation par des galets intérieurs et des galets extérieurs, on arrive à un diamètre moyen du tube 38 à réaliser avec une plus grande précision du fait que les paires de galets se règlent chaque fois de manière symétrique par rapport à la paroi de la pièce 16 initiale. Les paires de galets 22, 32 et 23, 33 sont montées de manière décalée axialement. Ainsi à l'aide des deux paires de galets représentées à la figure 1, on effectue deux opérations de réduction au cours d'une seule phase de travail. Les forces radiales agissant contre la paroi de la pièce sont prévues de façon que chaque paire de galets réalise la moitié de la profondeur de déformation, nécessaire. Du fait de la réalisation de l'outil , on peut à l'aide d'un même outil fabriquer des tuyaux dont les dimensions se situent dans des limites détermi- nées. Pour des tuyaux de très grands diamètres de l'ordre de quelques mètres et d'une longueur correspondante de plusieurs mètres, il convient d'utiliser des outils ver- ticaux dont les parties d'outil sont montées mobiles dans une fondation servant de structure de support. La figure 2 montre un détail d'un exemple d'une machine de laminage par refoulement prévue dans une fondation 40. La fondation 40 comporte des puits 41 dans lesquels sont montées mobiles en rotation des tiges filetées 42... 44 respectives. Les tiges filetées 42... 44 font respectivement monter et descendre des colonnes cylindriques creuses 46... 48 maintenues entre des manchons de coulissement 45. La figure 2 est une coupe transver- sale d'une partie seulement d'une installation d'outil. L'axe de l'outil porte la référence 50. Le dessin montre la partie inférieure du porte-galets intérieur monté au- tour de l'axe 50 et seulement une moitié de coupe (partie gauche à la figure 2) du porte-galets extérieur est repré- sentée. Les colonnes 47 et 48 cylindriques creuses, cen- trées, mobiles axialement forment le porte-galets inté- rieur avec la partie frontale non représentée ainsi que le cas échéant d'autres colonnes. Autour du porte-galets intérieur, on a indiqué schématiquement le support 51 de la pièce 52, mobile en rotation autour de l'axe 50. Le support 51 pour la pièce 52 est relié à la fondation 40 par l'intermédiaire d'un support métallique 53. Le support métallique 53 porte en même temps les manchons de coulis- sement 45 des colonnes 47, 48 du porte-galets intérieur. Concentriquement à l'extérieur du support 51 de la pièce 52 se trouvent au moins trois colonnes cylindriques creu- ses 46 prévues à des intervalles réguliers, colonnes qui, en liaison avec une partie frontale également non repré- sentée, forment le porte-galets extérieur. La figure 3 montre un exemple de réalisation d'une partie frontale extérieure 60 et d'une partie frontale intérieure 61 avec quatre paires de galets 62, de manière détaillée en vue de-dessus et en vue en coupe. La partie frontale extérieure 60 se compose d'une couronne carrée en métal qui forme avec les quatre colon- nes 63 le porte-galets extérieur et comporte à chaque coin respectivement un support de galet 65. Les supports de galet 65 sont des blocs guidés radialement dans la partie frontale extérieure 60 et dont une face frontale reçoit chaque fois un galet 66. Pour l'accrochage du support 65 dans différentes positions radiales, la partie frontale 60 et le support de galet 65 comportent des demi-perçages 67 dont une paire en regard correspond cha- que fois à une position radiale du support 65 en formant un perçage complet dans lequel on peut introduire une tige 68 pour bloquer le support 65. La partie frontale intérieure 61 est également un corps métallique carré porté par quatre colonnes 70 et dont les coins comportent des supports de galet 71 analogues à ceux de la partie frontale extérieure et qui peuvent se bloquer de la même manière dans la direction radiale. Par le choix de quatre paires de galets 62 associées de manière diamétrale, on obtient un champ de force avantageux pour les pressions élevées aux- quelles les paires de galets 63 poussent contre la paroi de la pièce 73, ce champ de force étant amorti compléte- ment par les parties frontales 60, 61, de sorte que les colonnes 63, 70 sont à peine soumises à des efforts par ce champ de force. De plus, les quatre paires de galets 62 permettent de fabriquer des tuyaux très longs avec des tuyaux de départ, à paroi relativement épaisse et de cette manière très courts du fait que les quatre paires de galets 62 effectuent au cours d'une phase de travail quatre passes d'allongement. Le mode de réalisation de la figure 3 convient par exemple pour l'installation de la figure 2, les colonnes 63 et 70 correspondant aux colonnes 46 48 ainsi qu'à d'autres colonnes non représentées à la figure 2. Le positionnement et l'accrochage radial des supports de galet 62 représentés et décrits ci-dessus à la figure 3, à l'aide de tiges 68 correspon- dent à un réglage grossier. Le réglage fin est assuré par un coin respectif. 1.0 La figure 4 montre en coupe trans- versale de manière plus détaillée une paire de galets 62 de la figure 3. Cette figure montre clairement le mécanis- me de réglage fin à l'aide d'un coin 80. Après le posi- tionnement grossier des galets extérieurs 66 ou des galets intérieurs 75 à l'aide des porte-galets 65 et 71 corres- pondants, à l'aide du moyen d'entraînement 81 et de la transmission 82 correspondante, on déplace axialement une broche 83 dans un sens ou dans l'autre. De cette manière, un coin 80 fixé à une extrémité frontale de la tige file- tée 83 est glissé plus ou moins entre les supports de galet 65 et 71 et la partie de palier 85 ou 86 coulissan- te par rapport au porte-galet. Le galet 66 ou 75 est monté mobile en rotation dans la partie de palier 85 ou 86. La partie de palier 85 ou 86 ainsi que le coin 80 et le moyen d'entraînement correspondant constituent éga- lement des pièces constitutives du porte-galets mobile radialement 65 ou 71. Lors du réglage grossier, on déplace l'ensemble du support de galet 65. Pour le réglage fin, on ne déplace que la partie de palier 85 ou86 déplacée par le plan incliné 87 du coin et on pousse ainsi le galet 66 ou 75 en direction de la paroi de la pièce 73. Lorsqu'on extrait le coin 80, la partie de palier 85 ou 86 est dégagée de la paroi de la pièce en retour, par des forces de ressort non représentées ou par des moyens ana- logues. Ce système de réglage est avantageux dans la mesure o il est non seulement simple et permet des réglages très précis mais o il peut recevoir sans difficulté des efforts de pression importants. La prin- cipale composante de l'effort de pression se trouve dans le plan radial et il suffit au coin 80 de transmettre cette seule composante. La composante axiale engendrée par la surface inclinée 87 est très réduite. R E V E N D I CA T I 0 NS ) Machine-outil pour laminer par refoulement des pièces cylindriques creuses, machine se composant d'un support pour fixer la pièce et d'au moins une paire de galets susceptibles d'être poussés contre les parois de la pièce, l'un des galets attaquant la paroi de la pièce de l'intérieur et,l'autre paire de galets de l'extérieur, ces pièces étant portées par un porte-galets respectif, machine-outil caractérisée par au moins un porte-galets (20, 30) et le support (15) de la pièce (16) qui sont susceptibles d'être fixés mobiles en rotation ou coulissantsaxialement dans un plan (11) transversal à la direction de laminage. 2 ) Machine-outil selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que le plan (11l) est consti- tué par une structure de support (13) et le porte-galets (20) du ou des galets intérieurs (22, 23) est fixé à cette structure sensiblement en son centre, et concentriquement cela se trouve le support (15) de la pièce (16). 3 ) Machine-outil selon la revendi- cation 2, caractérisée en ce que le porte-galets (30) pour les galets extérieurs (32, 33) est fixé à la structu- re de support (13). 4 ) Machine-outil selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le support (15) de la pièce (16) est fixé de manière mobile en rotation à la structure de support (13). ) Machine-outil selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le support (15) de la pièce (16) est fixé de manière mobile axialement à la structure de support (13). 6 ) Machine-outil selon l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les supports de galets (20, 30) sont fixes mobiles axiale- ment dans la structure de support (13). ) Machine-outil selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3 et 5, caractérisée en ce que les porte-galets (20, 30) sont prévus dans la structure de support (13) de façon à pouvoir tourner autour de l'axe (12) de la pièce. 8 ) Machine-outil selon l'une quel- conque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les porte-galets sont des colonnes (46, 47, 48) qui sont montées mobiles axialement dans des manchons de glissement (45) à l'intérieur de la structure de support (40). 9 ) Machine-outil selon la revendica- tion 8, caractérisée en ce qu'elle comporte des broches (42... 44) pour le dépassement axial des porte-galets (46... 48) qui ont un moyen d'entraînement commun ou des moyens d'entraînement distincts synchronisés. ) Machine-outil selon l'une quel- conque des revendications I a 9, caractérisée en ce que les galets (66, 75) sont montés réglables radialement dans les porte-galets (60, 61). 11 ) Machine-outil selon la revendi- cation 10, caractérisée en ce qu'il est prévu un mécanisme de réglage grossier (67, 68) et un mécanisme de réglage fin (80... 83) pour le réglage radial des galets (66, 75). 12 ) Machine-outil selon la revendi- cation 11, caractérisée en ce que le mécanisme de réglage fin se compose d'un coin coulissant (80). 13 ) Machine-outil selod l'une quel- conque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comporte quatre paires de galets (62) dont les galets extérieurs (66) sont prévus aux coins d'une cou- ronne carrée (60). 14 ) Machine-outil selon l'une quel- conque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que pour réaliser des tuyaux (52) très grossiers ou très longs, la structure de support est en forme de fondation (40) sur laquelle sont montés verticalement les porte-galets (46 48) et le support (51) de la pièce (52). ) Machine-outil selon l'une quel- conque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que les galets intérieurs (22, 23, 75) ont un diamètre plus faible que les galets extérieurs (32, 33, 66). 16 ) Machine-outil selon l'une quel- conque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que les paires de galets (32, 22 ou 23, 33 ou 62) sont montées de manière décalée dans la direction axiale.