Brevet FR2721239A1 — publié le 19951222

L'invention concerne un laminoir à anneaux muni d'un dispositif d'amortissement pour laminer un anneau par déformation à froid, comprenant, superposés dans des sous-ensembles, un cylindre formant mandrin porté par une empoise permettant de régler l'écartement et un cylindre profilé entraîné pour le laminage de la surface latérale extérieure de l'anneau, le cylindre profilé étant monté et entraîné en rotation dans une console horizontale fixe portée par des colonnes verticales. Le laminage à froid d'anneaux entre un cylindre profilé et un cylindre formant mandrin qui est profilé selon la surface intérieure désirée de l'anneau, est par- ticulièrement économique et permet un taux élevé d'utili- sation du matériau formant les anneaux. Les outils de la- minage, fabriqués avec une haute précision, transmettent leur profil à des ébauches annulaires qui sont amenées automatiquement au laminoir. L'ébauche de l'anneau est reçue dans l'espace de travail du laminoir par un cylindre formant mandrin monté rotatif par ses deux côtés dans une empoise et pressée par une force de déformation, produite hydrauliquement, avec réduction radiale de l'em- prise, contre le cylindre profilé entraîné en rotation dans une console horizontale portée par des colonnes ver- ticales. L'épaisseur de l'anneau diminue et, comme la largeur de l'anneau est maintenue pratiquement constante, il se produit une nette augmentation du diamètre. Après que le diamètre final désiréait étéatteint, il est mis fin à l'opération de déformation au bout d'un temps de calibrage adéquat et le retour des cylindres à leur posi- tion initiale est déclenché. La géométrie et la cinématique de l'emprise sont instables lors du laminage à froid d'un anneau puisque l'emprise est généralement réduite de façon continue. De ce fait, les épaisseurs et hauteurs d'anneau entrant à un moment donné dans l'emprise ne sont pas non plus constantes, mais dépendent du réglage de l'emprise à ce moment et de la géométrie des outils. Comme le compor- tement du matériau travaillé pendant le processus de la- minage ne peut pas être déterminé exactement et comme la résistance à la déformation du matériau constitutif de l'anneau change, le risque d'une perturbation de la pro- duction par suite d'un serrage incontrôlé de l'outillage existe de manière aigué. Pour cette raison, le laminage à froid d'un anneau demande la prévision de grandes marges de sécurité contre la surcharge du mandrin relativement effilé. En outre, pendant une opération de laminage à froid au cours de laquelle les forces élevées de laminage peuvent provoquer le collage par fusion des surfaces ve- nant en contact l'une avec l'autre, les forces de lami- nage doivent être contrôlées exactement par le serrage de l'empoise. Pour les motifs indiqués, on utilise jusqu'à présent, pour le laminage à froid d'anneaux, des ebauches d'anneaux préalablement tournées au tour ou rectifiées et on prévoit des tolérances d'épaisseur relativement étroites. Les dimensions de la forme de départ de l'an- neau sont à fixer de manière que par un travail de défor- mation minimal, en respectant la constance du volume, tout le profil de l'anneau soit laminé. Comme le flua- ge du matériau pendant la déformation et par suite l'agrandissement de l'anneau ne peuvent pas être comman- dés, il est inévitable de fixer de manière précise la forme de départ de l'anneau. Une attention particulière est à consacrer à la position du perçage car une ébauche d'anneau dont le perçage est excentré présente diffé- rentes épaisseurs. Ces épaisseurs différentes peuvent très rapidement entrainer une surcharge des outils de la- minage. Des épaisseurs changeantes sont d'autre part à l'origine de bruits très gênants en raison de la forte augmentation des bruits de déformation à l'attaque d'un épaississement. Pour cette raison, le choix et l'emploi du matériau brut des ébauches annulaires sont fortement limités, ce qui va à l'encontre de la rationalisation du procédé de production d'anneaux laminés à froid. Par le brevet DE 907 765, on connaît un lami- noir à anneaux dans lequel la pression de laminage, pro- duite hydrauliquement, est exercée sur un cylindre inté- rieur porté par une empoise qui peut être avancée radia- lement, avec diminution de l'emprise, vers un cylindre extérieur monté à poste fixe. Une pièce de forme annu- laire est réduite par laminage entre le cylindre exté- rieur et le cylindre intérieur, jusqu'à l'obtention d'un anneau mince dont le diamètre a été agrandi en consé- quence. La pression de laminage est exercée sur la pièce par le cylindre intérieur, lequel représente donc le cy- lindre de pression et est monté dans ce but sur une em- poise. Celle-ci est disposée coulissante et guidée dans la cage fixe du laminoir dans le sens de l'approche et de l'éloignement du cylindre extérieur. L'empoise est dépla- cée par un piston hydraulique produisant la pression de laminage. Pour éviter les inconvénients se manifestant en cas de perçage excentré de la pièce, on a prévu des moyens de transmission de pression qui appliquent le cy- lindre de pression en permanence contre la pièce. Ces moyens comprennent une tige soutenant le corps du palier extérieur du cylindre intérieur et s'appuyant elle-même par l'intermédiaire d'un levier monté sur un axe et d'un bloc. Quant à ce dernier, il est relié au piston hydrau- lique par une tige de pression et une traverse de tête. Le bloc est précédé d'un ressort tampon qui applique le cylindre intérieur en permanence contre la pièce, même si l'épaisseur de la pièce varie. Le ressort tampon, agissant à l'encontre du piston hydraulique, affaiblit la force de déformation non seulement en cas de perçage excentré de la pièce, mais aussi dès que le matériau constitutif de l'anneau oppose une résistance relativement élevée à la déformation, ce qui n'est pas désiré surtout dans les cas o le serrage de l'empoise s'effectue par une commande de vitesse ou en conformité avec une courbe préalablement introduite. Dans ces cas, il faut un laminoir à anneaux réalisé comme un système rigide, ce qui présuppose cependant l'emploi de pièces annulaires préalablement rectifiées ou usinées au tour et ayant de faibles variations d'épaisseur. La solu- tion proposée d'un ressort tampon est donc utilisable ex- clusivement pour le laminage pendant une durée prolongée d'anneaux minces. En évitant les inconvénients précités de l'état de la technique, l'invention vise à rationaliser le laminage à froid d'anneaux par l'utilisation d'ébauches annulaires produites avec des tolérances plus grandes et présentant éventuellement de fortes variations d'épaisseur. L'invention a donc pour but de créer un lami- noir à anneaux, pour le laminage à froid d'anneaux, dans lequel l'empoise portant le mandrin puisse être serrée par une commande de vitesse et conformément à une courbe prédéterminée, et dans lequel on puisse éviter la sur- charge des outils de laminage sous l'effet des variations d'épaisseur dues à un perçage excentré d'une ébauche an- nulaire. Selon l'invention, un laminoir à anneaux muni d'un dispositif d'amortissement pour le laminage à froid d'un anneau, comprenant, disposés dans des sous-ensembles superposés, une empoise réglable portant un cy- lindre formant mandrin, ainsi qu'un cy- lindre profilé monté et entraîné en rotation dans une console portée par des colonnes verticales, l'empoise pouvant être serrée, c'est-à-dire approchée radialement en direction du cylindre profilé entraîné en rotation, à l'aide d'une commande de vitesse et en conformité avec une courbe introduite, est caractérisé en ce qu'un dispo- sitif d'assemblage par serrage mutuel, mû par un fluide de pression et semblable à un amortisseur de chocs, est placé entre chaque colonne et la console, dispositif qui comporte un vérin à simple effet possédant un piston de travail coulissant axialement dans un cylindre et solidaire d'une tige de piston, le cylindre de chaque dispositif d'assemblage étant relié fermement à la console et sa tige de piston étant reliée fermement à une colonne, le cylindre du vérin contenant, sur le côté avant du piston de travail, une chambre de travail remplie d'un fluide de pression incompressible et pourvue d'un raccord de fluide menant à une source de pression. Si l'ébauche annulaire présente une variation d'épaisseur, le dispositif d'assemblage semblable à un amortisseur évite les sollicitations du laminoir qui en résultent normalement lors du laminage et qui ressemblent à des chocs puisque ces chocs sont maintenant absorbés par le dispositif, avec le résultat que le laminoir a un fonctionnement plus tranquille. Il est possible en plus d'utiliser des demi-produits pouvant avoir des cotes moins précises, ce qui va dans le sens d'un meilleur ren- dement de la production d'anneaux par laminage à froid. Selon un perfectionnement de l'invention, le laminoir est caractérisé en ce que le fluide de pression, prévu dans la chambre de travail du cylindre de vérin pour assembler la console aux colonnes, peut être mis sous haute pression, et le piston de travail peut être soumis à une force d'assemblage qui est au moins égale ou qui est supérieure à la force de laminage. Ainsi, il est à tout moment possible de faire fonctionner le laminoir comme un système rigide, par exemple lorsqu'un réglage linéaire de l'empoise convient exclusivement pour l'ap- plication envisagée. En outre, dans le cadre de l'invention, pour limiter la force d'assemblage, on a prévu, à côté de la source de pression agissant sur le piston de travail, dans une conduite de fluide entre cette source et la chambre de travail, en tant que dispositif pour contrôler la pression, un organe de réglage variable pour commander le trajet d'écoulement du fluide, organe qui peut être actionné lorsque l'anneau à laminer offre une résistance à la déformation dépassant la force de laminage, et qui peut être rappelé à sa position initiale lorsque la ré- sistance à la déformation est plus petite que la force de laminage. Ainsi est garanti que la force de laminage et l'emprise sont adaptables à un processus de laminage à modifier. Il est en outre avantage que le dispositif pour contrôler la pression comporte une soupape limitatrice de pression à commande directe, ou alors, en cas d'utilisa- tion d'une commande de la force d'assemblage assistée par ordinateur, une soupape limitatrice de pression à action proportionnelle et à pilotage électronique, ce qui crée la possibilité d'agrandir l'emprise sous la commande d'une force lorsque, pendant le laminage d'un anneau à partir d'une ébauche annulaire à perçage excentré, la ré- sistance à la déformation dans l'emprise augmente de fa- çon extreme. L'invention a néanmoins le grand avantage que l'empoise est déplaçable comme précédemment, dans la plu- part des cas, par une commande de vitesse et en confor- mité avec une courbe introduite lors du laminage de l'an- neau, et qu'un respect exact des conditions préfixées né- cessaires pour la technique de déformation, quant à la vitesse de déformation et la réduction de section, est garanti. De plus, il est possible en même temps, pour la première fois, de laminer sans problèmes des anneaux ayant de grandes différences d'épaisseur. Encore un autre avantage, mais ce n'est pas le moindre, est que le risque de rupture du mandrin est considérablement diminué. La plus longue durée d'utilisation des outils de laminage réduit considérablement le temps d'arrêt nécessaire pour le changement des outils et la rationalité du procédé de laminage à froid est nettement accrue. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre un laminoir à anneaux; - la figure 2 représente une partie de la console horizontale et d'une colonne verticale; - la figure 3 représente schématiquement une ébauche d'anneau laminée partiellement et présentant un perçage centré; et - la figure 4 est une vue analogue d'une ébauche d'anneau à perçage excentré. Selon la figure 1, un premier sous-ensemble d'un laminoir à anneaux comprend un socle 1 et une em- poise 2 permettant le réglage de l'écartement et suppor- tant un cylindre formant mandrin 4 monté rotatif. Le man- drin 4, se trouvant à l'intérieur d'un anneau 3 à pro- duire à partir d'une ébauche annulaire 3', agit en direc- tion radiale sur cette pièce et confère son profil exté- rieur pendant le laminage à froid à l'anneau 3 à pro- duire. Suivant le diamètre intérieur de l'ébauche 3' à laminer, le diamètre du mandrin 4 est choisi plus ou moins grand, compte tenu également de la résistance que le mandrin doit avoir pour son support à contact linéaire par des cylindres d'appui 6 placés latéralement. Au-dessus, un second sous-ensemble comprend une console horizontale 7 dans laquelle est monté un cylindre profilé 8 entraîné en rotation et présentant, en négatif, le profil de la surface latérale extérieure de l'anneau 3 à produire à partir de l'ébauche annulaire 3'. Les deux cylindres, le mandrin 4 et le cylindre profilé 8, sont entraînés en rotation par des systèmes d'entraînement non représentés et le mandrin 4 peut être serré radialement, c'est-à-dire approché radialement du cylindre profilé 8, ce qui diminue l'emprise, au moyen de l'empoise 2. La console horizontale 7, faisant partie du se- cond sous-ensemble comprenant le cylindre profilé 8, est portée par des colonnes 9 disposées par paires et qui confèrent une rigidité suffisante à la cage - formée es- sentiellement par ces colonnes, la console 7 et le socle 1 du laminoir pour pouvoir résister à la pression de laminage nécessaire lors de l'opération de laminage et pouvoir encaisser les forces de déformation engendrées pendant le laminage à froid. Au-dessus de la console 7, se trouve chaque fois un dispositif d'assemblage par serrage mutuel 10 mû par un fluide de pression et sembla- ble à un amortisseur de chocs, dispositif qui sert à re- lier ou assembler la console horizontale 7 à la colonne 9 sous-jacente et à maintenir par conséquent ensemble la console 7 et le socle 1. Le dispositif d'assemblage 10, mû par un fluide de pression et semblable à un amortisseur de chocs, est constitué, selon la figure 2, par un vérin comprenant un cylindre 11, un piston de travail 12 et une tige de pis- ton 13, cette dernière étant reliée par l'intermédiaire d'un barreau 14 à l'extrémité supérieure d'une colonne 9. Le cylindre 11 est relié rigidement à la console horizon- tale 7 au moyen d'une plaque de montage 17 et de vis de montage 16. Une liaison également rigide est prévue entre la tige de piston 13 et la colonne 9 par le barreau 14 précité, lequel présente dans ce but une tige 18 pourvue d'un filetage de fixation 17 par lequel elle est vissée dans un trou axial taraude 19 de la tige de piston 13. Après le vissage de la tige filetée 18 dans la tige de piston 13, une goupille radiale 20 est utilisée pour ver- rouiller la liaison ainsi réalisée. L'extrémité inférieure du barreau 14 présente un trou taraudé 21 complémentaire d'un filetage 22 prévu sur la colonne 9 pour l'établissement d'une liaison vissée rigide entre la colonne 9 et le barreau 14, donc aussi la console 7. L'extrémité inférieure évidée du barreau 14 forme en outre une partie de guidage 23 disposée axiale- ment mobile et guidée dans un alésage 24 d'une douille de guidage 25 fixée par des vis 27 à la console, concentri- quement par rapport à un guide-colonne 26 prévu dans la console 7. En direction axiale, la partie de guidage 23 du barreau 14 est suivie d'une partie filetée 28 de ré- glage, portant un écrou de réglage 29. Après qu'une liaison rigide a été établie à l'aide du barreau 14 entre la tige 13 du piston de tra- vail 12 et la colonne 9, on ajuste au moyen de l'écrou 29, pendant que la console 7 s'appuie sur les colonnes, la position en hauteur du piston 12 par rapport au cy- lindre 12 et on partage l'espace intérieur libre du cy- lindre 11 en une chambre de travail 30 située sur le côté avant du piston 12 et une chambre d'air 31 située sur le côté arrière de ce piston et communiquant avec un orifice d'entrée/sortie d'air 32. Le cylindre 11 est pourvu d'un raccord de fluide 33 débouchant dans la chambre de travail 30 sur le côté avant du piston 12 et sur lequel est branchée une conduite de fluide 35 menant à une source de pression 34. En parallèle avec la source 34, on a prévu un dispositif 36 pour influencer la pression sous la forme d'un organe de réglage variable servant à commander le trajet d'écou- lement du fluide de pression et par lequel la pression de fluide générée par la source 34 est réglable. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la source 34 est une pompe haute pression débitant de l'huile hy- draulique utilisée pour produire la pression de laminage et serrer c'està-dire approcher l'empoise 2 avec son mandrin 4 du cylindre profilé 8. Pour le CL-'c^- an-. aan no--o.ir à anneaux selon l'inve-tion, a chambre de crayil 30 sur le côté avant du piscon de.r.a_' 12 ess -.sse sous haute pres- sion par la pression hvdrauiiue fournie par la source 34, ce qui produi: une f^re d'assemblage. Cette force est transmise par la tie de pis-on 13 à la colonne 9 et assure, du fait que le cylindre Il es: appuyé sur la console 7, un assemblage solide de la console 7 et du socle 1. La force c. asserrate mutuel ainsi engendrée par la source de pressioc-n 34, est choisie de manière qu'elle soit slao6er re Ga G rce de laminage produite simu!tanémen_, - se r o e- iaminoir repré- sente un svs:ame rocoe anable encasser toutes les forces de dêformacion. Sens un cs ---a, on peu: ainsi former de manière ccn-_e -_us!es a _: ayant une géo- métrie comme e...se-née sr i --gure 3 et pré- sentant une eoaisseur D r!el -. uniforme,laquelle diminue quasiment de _a.c linéaire d'une cuantité correspondanrau Oivi _ à rhac évolu:ion de l'anneau 3 enrre le c_-'n-re prci é e e mandrin 4 et conformémen: au mou semen ce serrac- _e empoise 2. Au cas o ' ébauche a-nnu aire ' cssède, comme le montre -a figure -, u-.a pero a e::ce-ré -r _a cuantité AX, si le mo-uem.en ce ssrrace e -'emcoise 2 as: un mouvement isir, _a -r-ei f re.alion augmente brusquemen:, a chaue re-.-v!vo ce a' a'che annulaire 3', à une quan.tié e- - ar a s-me d'une force de déformatione SX e- e __e -e eD.-an resulte une solliciatiaon du -.-^ ressemb _n-un choc eh une forte augmen:aicono es r -s -e éfrma--on. Dans c e _s cs, 1-e ils.si assemblage 10, m^ par un fL d e ce ress_ n e s-. ae à _n amortis- seur ce chocs, pr-- e re er -e -n srrage linSaire de l'empoise 2 e ' ie, _r s ge danneau.:, les inconvéen lens rés_-an _ o.:n er;a}s e:-:centré At) de l'ébauche annlaioe ^.a b.e agmenta:-on de tl la charge due à l'augmentation de l'épaisseur de l'ébauche a pour effet que le cylindre profilé 8 soulève la console 7, de sorte que la chambre de travail 30 sur le côté avant du piston 12 devient plus petite, ce qui s'accompagne d'une élévation de la pression du liquide hydraulique incompressible que cette chambre contient. L'élévation de la pression du liquide hydraulique agit à travers la conduite de fluide 35 sur le dispositif 36 pour contrôler la pression, dispositif qui est réglé sur une pression hydraulique prédéterminée afin de limiter la force d'assemblage exercée sur la console 7. Si la force de déformation est relativement élevée, le dispositif 36 est réalisé par exemple sous la forme d'une soupape limi- tatrice de pression afin de limiter la force maximale d'assemblage entre la console 7 et le socle 1 du lami- noir. Une telle soupape limitatrice de pression s'ouvre initialement à chaque tour de l'ébauche annulaire 3', au moment de l'entrée dans l'emprise de la plus forte épais- seur provoquée par le pergage excentré, et elle se ferme quand l'épaisseur diminue et la force de déformation de- vient moindre. Il est ainsi possible, au cas o l'ébauche d'anneau présente une variation d'épaisseur, de faire os- ciller la console 7 avec le cylindre profilé 8 par rap- port au mandrin 4. L'avantage est que des anneaux avec de fortes variations d'épaisseur, que l'on peut normalement laminer seulement, en raison de la rigidité du laminoir, avec des secousses problématiques de l'ensemble du lami- noir, et avec beaucoup de bruit, peuvent maintenant être laminés sans problèmes. On obtient une régulation particulièrement ef- ficace en utilisant comme dispositif 36 pour influencer la pression une soupape imitatrice de pression à action proportionnelle et pilotage électronique. En employant simultanément une commande assistée par ordinateur de la force d'assemblage, on a ainsi à tout moment la possibilité de bloquer la console 7 avec le cylindre profilé 8 ou de les laisser osciller conformément à une courbe préfixée. REVENDICATIONS 1. Laminoir à anneaux muni d'un dispositif d'amortissement pour le laminage à froid d'un anneau, comprenant, disposés dans des sousensembles superposés, une empoise réglable portant un cylindre formant mandrin, ainsi qu'un cylindre profilé monté et entraîné en rotation dans une console portée par des colonnes verticales, l'empoise pouvant être serrée, c'est-à-dire approchée radialement en direction du cy- lindre profilé entraîné en rotation, à l'aide d'une com- mande de vitesse et en conformité avec une courbe intro- duite, caractérisé en ce qu'un dispositif d'assemblage par serrage mutuel (10), mû par un fluide de pression et semblable " un amortisseurde chocs, est placé entre cha- que colonne (9) et la console (7), dispositif qui compor- te un vérin à simple effet possédant un piston de travail (12) coulissant axialement dans un cylindre (11) et soli- daire d'une tige de piston (13), le cylindre (11) de cha- que dispositif d'assemblage (10) étant relié fermement à la console (7) et sa tige de piston (13) étant reliée fer- mement à une colonne (9), le cylindre (11) du vérin conte- nant, sur le côté avant du piston de travail (12), une chambre de travail (30) remplie d'un fluide de pression in- compressible et pourvue d'un raccord de fluide (33) me- nant à une source de pression (34). 2. Laminoir à anneaux muni d'un dispositif d'amortissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de pression, prévu dans la chambre de travail (30) du cylindre de vérin (11) pour assembler la console (7) aux colonnes (9), peut être mis sous haute pression, et le piston de travail (12) peut être soumis à une force d'assemblage qui est au moins égale ou qui est supérieure à la force de laminage. 3. Laminoir à anneaux muni d'un dispositif d'amortissement selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que, pour limiter la force d'assemblage, on a prévu, à côté de la source de pression (34) agissant sur le piston de travail (12), dans une conduite de fluide (35) entre cette source (34) et la chambre de tra- vail (30), en tant que dispositif (36) pour contrôler la pression, un organe de réglage variable pour commander le trajet d'écoulement du fluide, organe qui peut être ac- tionné lorsque l'anneau (3) à laminer offre une résis- tance à la déformation dépassant la force de laminage, et qui peut être rappelé à sa position initiale lorsque la résistance à la déformation est plus petite que la force de laminage. 4. Laminoir à anneaux muni d'un dispositif d'amortissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif (36) pour contrôler la pression est une soupape limitatrice de pression à commande directe ou alors, en cas d'utilisa- tion d'une commande assistée par ordinateur de la force d'assemblage, une soupape limitatrice de pression à ac- tion proportionnelle et pilotage électronique. 5. Laminoir à anneaux muni d'un dispositif d'amortissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tige de piston (13) du piston de travail (12) est reliée par l'intermédiaire d'un barreau (14) à l'extrémité supérieure d'une colonne (9) et l'extrémité inférieure du barreau (14) présente un trou taraudé (21) qui est complémentaire d'un filetage (22) prévu sur la colonne (9) pour visser la colonne au barreau (4) et établir une liaison rigide avec la console (7). 6. Laminoir à anneaux muni d'un dispositif d'amortissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure du barreau (14) forme en outre une partie de guidage (23) orientée axialement et qui est guidée et mobile axiale- ment dans un alésage (24) d'une douille de guidage (25), laquelle est fixée par des vis (27) à la console (7), concentriquement à un guidecolonne (26) prévu dans la console (7), la partie de guidage (23) étant suivie axia- lement, sur le barreau (14), d'une partie (28) pourvue d'un filetage de réglage portant un écrou de réglage (29). 7. Laminoir à anneaux muni d'un dispositif d'amortissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la position en hauteur du piston de travail (12), par rapport au cylindre (11) du vérin, est réglable, alors que la console (7) est en ap- pui sur les colonnes (9), par la manoeuvre de l'écrou de réglage (29).