Brevet FR2820661A1 — publié le 20020816

La présente invention concerne un dispositif permet- - tant de tréfiler ou d'étirer des métaux ferreux ou non ferreux sous forme de fil, barre, tube ou de profil non cylindrique en appliquant de tirés hautes pressions devant le cône de travail de la filiére de tréfilage (7) de la figure 2, créant ainsi un film anti-usure, grâce à des lubrifiants choisis. Dans l'état-actuel de la Technique, soit le Métier du Tréfilage et de l'Etirage des métaux, les conditions tribologiques sont telles que les usines de production sont confrontées à des usures anticipées des filières, donc des budjets importants, à des usures anticipées de la Métallisation, des cabestans, à des consommations exagérées de savon de tréfilage, à la création de défauts de surface sur les fils. Tous ces points conjugues amènent en plus le fabricant à réduire de 30 à 50% la vitesse des machines, ceci, par la force des choses. Le dispositif selon 1'lvenLio prmet d' ? remédier, quantitativement et qualitativement à tous ces inconvénients inhérents aux Métiers précités. Les dessins annexés illustrent l'invention : -la figure 1 représente en vue de dessus le dispositif de l'invention. La figure 2 représente en coupe une zone precise de ce dispositif. La figure 3 représente les trois pièces mécaniques de ce dispositif, soit 1,2, 3 (en vue de dessus). La figure 4 représente la pièce (4) en coupe. La figure (5) un tube (16) non fileté. Il existe 2 sortes de tubes (l) et (16) page 2/3 et3/3 : -les tubes filetés, qui font partie intégrante du dispositif selon l'invention. -les tubes non filetés. Filetés ou non, il existe 3 modèles dimensionnels de tubes pour pouvoir couvrir toute la gamme des diamêtres de fils à tréfiler. Sur la figure 1, la pièce (3) est un carré de 60X60m/m en acier (XC48) soudé sur les flasques de la couleuse après un alignement méticuleux. Le tube (1) de forte épaisseur et de haute dureté, est terminé par un cône poli-miroir (8) qui vient s'emboiter parfaitement dans le cône poli-miroir en carbure de Tungstène de la filière (11). Le serrage en forte pression se fait par le manchon fileté (2) qui est muni d'un écrou 6 pans (10) ; un méplat (9) permet de maintenir le tube pendant son son placage dans le cône de la filière. Sur la figure 1 : les 2 surfaces (8) ont subi un glaçage type poli-miroir soit un Ra (rugosité) =5/1002 de micron. Les filières cylindriques (ll), selon le modèle ISO Européen, sont logées dans une bague en bronze (12) de forte épaisseur, qui elle-même est introduite dans le portefilières (13). Le lubrifiant, graisse ou huile de fortes viscosités, coule en (5) par le moyen d'un entonnoir translucide ajusté au diamêtre du trou (5). La bague (14) permet de recevoir une filière/guide de diamètre supérieur de 20/1009-due m/m à celui du diamêtre du fil (18). Le fil, avec sa vitesse et sa rugosité entraine du lubrifiant"extrême pression"dans le couloir exigu (6) jusqu'en (4), et joue ainsi le rôle d'un véritable piston De ce fait, la"bague de tréfilage" sur le cône du carbure disparait et avec elle, la détérioration anticipée de la filière. (la"bague de tréfilage"est une auréole sur le cône (8) du carbure de tungstène dûe à l'impact du métal qui arrive à grande vitesse et aux fortes pressions auquelles est sousmis la piste en carbure (8). Ce phénomène anticipe la mort de la filière ; il est connu depuis toujours dans le métier, mais de vraies solutions n'ont pas été apportées.) Le dispositif selon l'invention agit sur ce point précis, et viscéral pour le Tréfileur. Le dispositif selon l'invention permet ainsi de supprimer l'opération"Retapage", chre et fastidieuse pour le fabricant. Le film (15) de forte compacité et de structure lamellaire, répété plusieurs fois, va jouer un véritable rôle Anti-usure ; il constitue l'Objectif premier du dispositif selon l'invention afin que les Tréfileuses puissent tourner aux Vitesses prévues par les constructeurs. A titre d'exemple non limitatif, la conicité intérieure des 2 types de tubes (1) et (16) fera encore augmenter les pressions de"compactage"du film de lubrifiant choisi ; en particulier en (7) figure 2. La page 6 donne les caractéristiques des tubes filetés. La page 5 donne les caractéristiques des tubes non filetés, appelés aussi Tubes Flottants. Sur les multipasses ayant de 61 12 passes et plus, le dispositif selon l'invention est utilisé sur 50% des premières passes, sur les autres 50% de la machine, le fabricant pourra utiliser les tubes flottants (non filetés). Il décidera lui-même de leur nombre sur la multipasse. Selon une variante de la figure 5, l'angle (17) sera de 0 (tube cylindrique) à 12 , sachant que l'angle recommandé du dispositif selon l'invention est de 1, 5* LE dispositif selon l'invention décrit une série de tubes (1) filetés qui sont donnés par la page 6. La page 5 donne la gamme des tubes non filetés (flottants). La page 7 donne les indications de montage des tubes en fonc- - tion des diamêtres 1 tréfiler avec les 2 formules (a) et (b) de calcul de l'incrément diamètre intérieur (oui) des tubes. Les pages 5 et 6 donnent : - une tranche de Dureté Rockwell C (HRC) de 58 a64 pour une nuance 100C6 à titre indicatif. L'échelle de dureté pourra aller de 58 HRC (dureté Rockwell C) à 3500 HV (dureté Vickers) en passant par des carbures métalliques ou des céramiques industrielles, tubes de forte épaisseur pour résister à l'éclatement. Les lubrifiants seront, selon le type de produit écrouire : -des graisses au graphite, ou au bisulfure de molybdène, ou avec des poudres métalliques, ou avec des ajouts d'alliages métalliques, ou avec des polymères type anti-friction ou autres (Téflon, etc.... ). - des graisses sans les additifs précités ; à titre non limitatif, les Extrême-pression et autres. Ces 2 types de Graisses (coulantes) auront une viscosité élevée, à titre non limitatif, de 200 a 3500 Centistokes, en visant la fourchette 800 à 1200 Centistokes à 75 , préférenciellement, ou encore, des savons mous, coulants, de viscosité également 200 3500Cst charges en corps gras connus pour leurs propriétés extrême pression et à utiliser quand les produits finis nécessitent un lavage à l'eau ; cite a titre d'exemple non limitatif. Les filières seront en carbure de tungstène, de type"micro-grains", réalisées selon le procédé HIP (hautepression isostatique), fabriquées par les grands carburiers actuels. A titre non limitatif, les filières utilisées avec le dispositif selon l'invention pourront être constituées par des céramiques industrielles de trés haute dureté, par exemple : les cermets, les nitrures de Silicium, les nitrures de Bore, carbures de Bore, etc.... Le dispositif selon l'invention esc particulièrement destiné, à créer une zone (7) figure 2, de trés hautes pressions sur un lubrifiant extreme-pression, de structure lamellaire créeant ainsi un régime. hydrodynamique remar- - equable. Dans ces conditions optimales, le tube (l) fait office de pré-filière en "préparant" le travail final de la filière/calibreuse. Le dispositif selon l'invention, peu onéreux, peu s'adapter facilement sur toutes les sortes de couleuses, (bancs et multipasses) le-dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à crée un film de lubrifiant résiduel, fortement compacté, destiné à parfaire les conditions tribologiques lors de la mise en forme par les clients dont le souci permanent est : l'usure de leurs outillages. Selon une des variantes de l'invention, dans le cas du Tréfilage en Voie Humide, tous métaux confondus, le dispositif sera monté dans un tube"enfermant"représenté par la figure 4 : - la filière 11, le tube non fileté 16, la filière 14 sont tous enfermés dans un tube 19 de forte épaisseur fileté à une extrémité supportant un écrou 20 de gros calibre ; la filière 14 possède un entrefer noyau/fil de 0 à quelques centièmes de m/m, avec une valeur de 5 à 10 1/1000de m/m, à titre indicatif ; compte tenu du film de lubrifiant qui est"roulé"sur le fil pour augmenter sa mouillabilité, des vitesses, des énergies cinétiques du lubrifiant "écrasé" sur le fil par la pince à rouleaux 21 se trouvant juste à l'amont de la filière"lamineuse", le dispositif selon l'invention crée un système Anti-Retour de lubrifiant ; à noter que la quantité de celui-ci qui passe par l'entrefer est 3 à 4 fois supérieure a la quantité du film d'interface fil/fliere ; ce film subit un haut degré de compacification grâce au triple phénomène congugé de : l'exiguité de l'entrefer de la filère 14, de l'effet de couloir du tube de longueur et d'entretoise non limitées et du phénomène de "coin"du couloir conique d'un angle (17) de 1, 7 donne à titre non limitatif. Les deux joints cuivre 22 assurent l'étanchéité de l'ensemble. Dans le cas du Tréfilage en Voie Humide, et surtout pour les métaux trés durs (+ de 2000 MPa), les matériaux des filières seront d'une dureté supérieures à 1500 HV en visant 3500/4000 HV à titre indicatif et non limitatif, le polissage du cône de travail sera de 5/100'due Ra environ et l'angle de travail, communément appelé 2 Pour augmenter la compressibilité du lubrifiant, celui-ci devra être dépourvu de micro-bulles d'air dans sa masse. en citant à titre d'exemple les Huiles de transmission de puissance. La conjugaison optimisée des Critères précités permet d'avoir en. (, 7) de tres hautes pressions, d'inflechir le metal en (4) et, par conséquent, l'obtention d'un Régime hydrodynamique faciès lamellaire-par suite du bon lubrifiant précité-et la minimisation considérable du"point d'impact" du métal arrivant à grande vitesse ; ces conditions réunies font disparäitre la pré- - sence de la"Bague de Tréfilage" qui existe même sur les matériaux très durs, les diamants ; En consequence, les filieres"s'usent", mais sans s'abimer, et le Roulement Interne en Atelier des filières devient enfin possible et avec conséquence pour le Producteur du métal impliqué, la suppression de l'opération "Retapage"qui est chère et fasti- -dieuse ; sur les Multipasses, seules les filières du"Fini"sont - 6neuves, les autres, dans le corps de la machine proviennent du système RITA-Roulement Interne sur le TAs, des filières, cité précédemment. La page 7 donne à titre non limitatif une gamme des diamètres intérieurs des tubes qui peuvent être, soit cylindriques, ou préfé- - renciellement coniques d'un angle de 1, 5 donne à titre indica- - tif, de longueur non limitée. De part ses Objectifs de nature Tribologique de la mise en oeuvre des Métaux sous forme de Produits Longs, par Operation de Tréfilage ou Etirage, le dispositif selon l'invention avec ses 2 grandes cibles : Voie Sèche et Voie Humide, est vraiment destiné à honorer les objectifs du Métier précité, soit : la productivité des machines en appliquant les vitesses conçues par le Construc- -teur, la diminution. du"Budjet Filières", la Qualité de l'état de surface des produits écrouis, la Longévité de la métallisation des Cabestans et la Maîtrise des Coûts des lubrifiants de tréfilage. V 01 E HUMIDE * l * Soit) machine immergée ou semi-émergée ou par barbotage. * Savons liquides ou pateux/graisseux. * Tableau des dimensions de tubes pour 2 types de Filières Diamant cylindriques : 42 X 30 et 28 X 16. (diamêtre et épaisseur). en m/m. donne à titre d'exemple et non limitatif. * Gamme de fils Cuivre tréfilés : 8,00 à 0,70 m/m. ------------ DIMENSIONS DES TUBES #is des fils angle * * 8,40/7,60 1,5 Calcul de l'incrément #is: 7,00/6, 20 42, 5 " 6,70/5,51 " i= 2 x ln (8,40/1, 60) = 3,316 5,80/5, 30 42, 5"5, 50/4, 70 " nb de pas = 9 5,00/4, 30 28, 5 " 4,69/3,71 " i = 3,316/9 = 0,3678 4,00/3, 50 28, 5 " 3, 70/3, 01 " 3,30/3, 00 28, 5 " 3, 00/2, 51 " #is = 8, 40 x e#### = 8, 40 x 0,3678 2,80/2, 40 28, 5 Il 2, 50/2, 01 2,30/2, 00 28, 5"2, 00/1, 61 1, 90/1, 60 28, 5 " 1, 60/1, 31 1,60/1, 30 28, 5"1, 30/1, 00 1,30/1, 15 28, 5 " 1,00/0,86 1,10/0, 95 28, 5 " 0,85/0?71 0,90 28, 5 " 0,70 " - is : diamêtre intérieur de sortie de tube. - #ex : diamêtre extérieur du tube/manchon. - Lt : longueur du tube/manchon. en m/m. - anglet) : intérieur du tube (conique). Nota : Dans la phase de Pré-Qualification du dispositif selon l'invention, il est recommandé, à titre de comparaison, de commencer avec des tubes à intérieur cylindriques (angle=0). - Nuance des tubes/manchon : Inox austénitiques (anti-corrosion). MODELE DES TUBES FLOTTANTS (Tubes de base) Oi L 0 ép Ra Tube Dureté Angle Noyau (mm) ext intérieur Nuance HRC cône 19,40 220 27 3,80 2/10 100C6 58/64 (a) 17, 30 4, 85 viser à 60 fixe@ 15, 40 5,8 13,80 6, 6 12, 30 7,3 11,00 8 # 9,80 8,6 8, 50 2 60 à titre 9,80 8,6 8,50 9,2 60 à titre indicatif 7,30 9,8 6, 30 140 20 10, 3 5, 50 7, 2 4, 80 7,6 4, 10 7, 9 3, 60 8,2 3, 10 8,4 2, 70 8,6 à 2,30 8,8 fixer 2,10 1, 75 90 9 3, 62 1, 50 3, 75 1, 30 3, 85 1, 153, 92 1, 00 # # 4,0 # # # # -#i diamètre intérieur. -HRC dureté Rockwell C. -Ep épaisseur du-tube -noyau (de la filière-à titre - Ra rugosité intérieure du tube. indicatif) MODELES DES TUBES FILETES # i L 0 ép Ra Tube Dureté Angle Noyau (mm) ext intérieur Nuance HRC cône 19, 40 220 27 3, 80 2/10 u 100C6 58/64 (a) 17,30 4,85 à fixer 15, 40 5,8 13, 80 6, 6 12, 30 7,3 11, 00 8 9,80 8,6 # 8,50 9,2 60 à titre indicatif 7,30 9,8 6,30 10,3 5,50 7,2 4, 80 7,6 4, 10 7,9 3, 60 # # 8,2 3,10 220 dont 27+ 8, 4 140 enfilé 20 en plustard tenmtna) 2, 70 8,6 2, 30 8,8 à fixe" 2, 10 # # 9, 0 1, 75 140 dont 20+ 3,62 90 enfilé gen termlnal 1, 50 3,75 1, 30 3, 85 1, 15 3,92 1, 00 # # 4,0 # # # # -Symboles : idem que la page 5 et 7. Montage des Tubes par 0 de fils #i Gamme # Modèle Incrément #@ fils en mm (mécanique) En mm (mécanique) 19,40 16,21/18, 00 220 à baptiser à baptiser a 20,35 % 17,30 14,41/16,20 # # 15,40 12,80/14,40 13,80 11,31/12,80 12, 30 10,01/11, 30 Il, 00 8,81/10, 00 # 9,80 7,71/8, 80 b 25 % 8,50 6,61/7, 70 7,30 5, 71/6, 60 6,30 4, 91/5, 70 140 5, 50 4,31/4, 90 4,80 3,61/4,30 4,10 3, 21/3,60 3,60 2, 71/3, 20 3,10 2,31/2, 70 220 dont 140 enfilé plus tard 2,70 1,91/2, 30 2,30 1,71/1, 90 2,10 1,51/1,70 # 1, 75 1, 31/1, 50 # à fixer par l'untilisateur. 1, 50 1, 21/1, 30 Une même machine est équipée 1, 30 1, 01/1, 20 du Ii dispositif selon 1,15 0,81/1, 00 l'invention (tube de 220 ou 1@0 ou 90. ) # 1,00 # 0,80 # n =23 Formules de calculs de l'incrment diamtre a : D=19, 40. 0, 892son b : D= 9, 80. 0, 866on REVENDICATIONS * l) Dispositif pour tréfiler ou étirer les métaux ferreux et non ferreux sous forme de fil, barre, tube ou de profil non cylindrique en ce qu'il est caractérisé par untube fileté (1) vissé dans un manchon fileté (2) qui lui-même est engage dans un carré de forte section (3) soudé sur les flasques de la couleuse ou boite à savons. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la gamme des tubes prévue par la page 6 sont de forte épaisseur, de dureté allant de 58 HRC(dureté Rockwell C) à 3500 HV (dureté Vickers) et dont la partie conique épouse parfaite- -ment l'angle de la fi. ière, et dont Les 2 surfaces en contact ont subi un "poli-miroir", soit une rugosité de : Ra5/IOC nicrc'n. 3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les caibures des filières trav ? illantes sont des micro- grainscompactés selon les meilleurs procédés HIP (HautePression Isostatique). 4) Dispositif selonla revendication 2 caractérisé en ce que les filières sont constituées par des céramiques industrielles de type NitruresÇarbures ou Borures de trés haute dureté, supérieure à 1200 HV (dureté Vickers) ; ou des Diamants indus- - triels toutes structures confondues, de trée hautes duretés et compacités, supérieures à 3000 HV (dureté Vickers). 5) Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les Lubrifiants de Tréfilage/Etirage sont des graisses ou des huiles de haute viscosité allant de 20 à 3500 Centistokes, avecou sans additifs suivants, à titre non limitatif : graphite, bisulfure de molybdène, poudres ou alliages-métalliques, polymères en poudre ou liquide/cireux ou, des poudres de type : stéarate, palmitate, oléate de calcium ou de sodium dopée ou non d'éléments Extrême-Pression, donne à titre non limitatif. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les tubes filetés (1) ou non filetés (16), de longueur non déterminée mais donnée à titre indicatif, sont cylindriques ou coniques, d'un angle allant de 0 à 12 . 7) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que, dans le cas du tréfilage en Voie Humide plus particulière- - ment, le montage représenté par la figure 6 sera plus adapté aux lubrifiants liquides, compte tenu de l'effet"clapet anti-retour" de la filière 14 dont l'entrefer Fil/filière sera de 0 à quelques centièmes de m/m pour le passage du lubrifiant. 8) Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, pour la Voie Humide en particulier, les lubrifiants choisis seront du type : à macro-molécules dopés ou non d'éléments Extrême-Pression et dont la conjugaison de l'emsenble créera un film d'interface fil/filière non déchirable de part sa haute compacification et la grande anisotropie des éléments impliqués ; à titre indicatif les copolymères à structure"pelote" et haute masse moléculaire additionnés de micro-poudres de téflon , soit le P. T. F. E. seront choisis préférenciellement. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le Producteur fixera lui-même, sur les Bancs et les Multipasses l'une ou l'autre des variantes du dispositif selon l'invention, soit le modèle des figures 1 ou 5 ou 6, en fonction du Cahier des Charges et du métal impliqué.