Brevet FR2809975A1 — publié le 20011214

CAGE DE LAMINOIR L'invention est relative à l'industrie du laminage et peut être appliquée aux cages de laminoir à fortes charges dynamiques et statiques sur les cylindres de laminage, de préférence aux cages de laminoir à pas de pèlerin. On connaît des cages de laminoir à pas de pèlerin - voir npoKaTHoe npOM3BOACTBO, CnpaBO4HHK, TOM 1, 1962 r., no; peqaK 4zeR E.C. PaKaTRHa, IA13AaTenbcTEo nlaTepaTypbl no 4BeTHoI Ml 4epHoR MeTanypr[i4, c. 537-540 (Prokatnoe Proizvodstvo Spravotchik, Tome 1, 1962., pod Redaktsiei E.S. Rakatiana, Izdatielstvo Literatouri po Tsvetnoi i Tchenoi Metalourguii, p. 537-540) - comprenant des bâtis pour cylindres de laminage horizontaux et calibrés, installés dans des coussinets supérieurs et inférieurs, et des vis de pression. Les tourillons des cylindres de laminage sont installés sur des paliers. Le coussinet est constitué de la partie supérieure du coussinet et de la partie inférieure support du coussinet, créant ainsi à l'état assemblé le coussinet du palier à glissement. Le défaut des cages de laminoir à pas de pèlerin connues est la courte durée de vie des paliers, due au fait que sous les fortes charges cycliques dynamiques propres au processus du laminage à pas de pèlerin, une forte charge pèse sur le palier à glissement sur une même section du coussinet-palier, relativement petite, ce qui provoque son usure et une forte déformation due à sa faible rigidité et au changement de forme du coussinet. Cela contribue à la formation des jeux et, par conséquent, à la dégradation de la qualité du laminage. Le problème posé par l'invention est lié à la possibilité d'utiliser des paliers à glissement dans les cages à cylindres sous de fortes charges dynamiques, et à l'augmentation de la rigidité et de la durée de vie des blocs de paliers. Ceci va entraîner du même coup une amélioration de la qualité du laminage par suite de la distribution de toute la charge dynamique sur une grande surface de la frette du palier autour de son périmètre, compte tenu de la flexion d'amortissement nécessaire et suffisante de la paroi supérieure du coussinet supérieur. Le problème susmentionné est résolu par la cage du laminoir selon l'invention, de préférence d'un laminoir à pas de pèlerin, qui comporte un bâti recevant des cylindres horizontaux installés sur des paliers dans des coussinets supérieurs et inférieurs, et des vis de pression. Du côté des tourillons des cylindres, le coussinet supérieur présente une forme en "IT", telle que définie en section par des épaulements gauches et droits. Les coussinets opposés par rapport à l'axe vertical ont leurs côtés reliés entre eux par des profils courbes supérieurs aux côtés de l'axe vertical du coussinet, en définissant une section moyenne présentant un alésage pour un palier à roulement. La paroi supérieure de la section moyenne comprend un bourrelet proportionnel aux distances entre les courbes de la surface supérieure de la paroi moyenne du coussinet et le rayon de l'alésage symétriquement à l'axe vertical de l'alésage en direction des sections de jonction avec les épaulements. La forme du coussinet inférieur est l'image de miroir de la forme du coussinet supérieur et l'épaisseur de la paroi supérieure du coussinet supérieur et de la paroi inférieure du coussinet inférieur sur l'axe vertical de l'alésage est comprise entre 0,05 à 0,25 fois le diamètre de l'alésage pour le palier. Au-dessus du coussinet supérieur est situé un rallongement et sous le coussinet inférieur est situé un support basé sur les épaulements des coussinets correspondants, au moyen de charnières cylindriques disposées dans des alésages du rallongement, formant un jeu entre les surfaces du rallongement et la surface supérieure du coussinet supérieur. Enfin, le coussinet inférieur s'appuie par les épaulements sur le support au moyen de charnières cylindriques, formant un jeu entre les surfaces du coussinet inférieur et du support. Grâce la structure perfectionnée de la cage de laminoir, par suite de la forme des coussinets créée par les épaulements en forme de "r', dont les côtés sont reliés entre eux par rapport à l'axe vertical du coussinet par les profils courbes supérieurs, en formant une section moyenne du coussinet qui présente un alésage pour palier à roulement, on fait porter l'effort de la vis de pression sur les sections du coussinet hors de la zone o est placé le palier à roulement. La réalisation de la surface de section moyenne supérieure du coussinet en un profil courbe supérieur et, aussi, le bourrelet à la section moyenne de l'axe vertical du coussinet en direction des sections conjuguées aux côtés des épaulements, sont proportionnels à la variation de la distance entre les courbes supérieures, ce qui transmet l'effort sur la frette extérieure du palier, laquelle augmente régulièrement depuis l'axe vertical du coussinet vers les épaulements. A la naissance des charges dynamiques sur les cylindres de laminage, I'effort sur les paliers se répartit en section sur le secteur de l'angle a, dans les zones de rayons d'angle oc, augmentant ainsi le nombre de galets des paliers recevant la charge totale. Cela est réalisé par la flexion de la paroi du coussinet supérieur et de la paroi inférieure du coussinet inférieur, avec l'apparition des efforts préliminaires sur les épaulements par la vis de pression, au moment de la pointe des charges dynamiques sur les cylindres de laminoir. La flexion de la paroi supérieure du coussinet supérieur et de la paroi inférieure du coussinet inférieur n'est possible que si l'épaisseur des parois des coussinets sur l'axe vertical de l'alésage pour le palier est égale à 0, 05 à 0,25 fois le diamètre de l'alésage. Pour une épaisseur de paroi de moins de 0,05 fois le diamètre de l'alésage pour le palier à roulement, dans des cages recevant de fortes charges dynamiques, par exemple une cage de laminoir à pas de pèlerin, ayant par exemple un diamètre de tourillon de cylindre et aussi d'alésage pour le palier à roulement égal à 700 mm, l'épaisseur de la paroi de la section supérieure du coussinet supérieur sur l'axe vertical fera moins de 35 mm. La limite d'élasticité du matériau du coussinet, par exemple de l'acier 50, est de 275 Mpa. Avec une épaisseur de moins de 0,05 fois le diamètre de l'alésage, l'effort de traction de la surface supérieure de la paroi dans la zone de l'axe vertical de l'alésage crée des tensions proches de la valeur limite de l'élasticité du matériau. La diminution de l'épaisseur de la paroi à moins de 0,05 fois le diamètre de l'alésage est donc indésirable; elle peut entraîner sa destruction dans la zone de l'axe vertical et le palier peut être mis hors service. Avec l'utilisation comme matériau pour le coussinet d'aciers au carbone, par exemple 30 XC, la limite d'élasticité augmente. Néanmoins, en tenant compte du caractère cyclique de la charge sur les paliers et de la flexion cyclique de la partie moyenne du coussinet aux moments des pointes des charges, l'épaisseur de la paroi supérieure du coussinet supérieure ne doit pas être inférieure à 0,05 fois le diamètre de l'alésage pour le palier. L'augmentation de l'épaisseur de la paroi de la section supérieure du coussinet supérieur dans la zone de l'axe vertical de l'alésage à plus de 0,25 fois le diamètre de l'alésage pour le palier (plus de 140 mm pour un laminoir à pas de pèlerin) n'est pas souhaitable, car l'effort sur la frette extérieure du palier se répartit localement sur les petites sections du secteur de l'angle ca. Cela n'augmente pas la surface de pression de contact sur le corps de roulement-galets du palier et la flexion de la paroi devient indésirable. La disposition du rallongement au-dessus du coussinet supérieur et du support sous le coussinet inférieur avec les surfaces se faisant face, reproduisant leur forme et venant en contact avec les coussinets dans les zones des épaulements au moyen des charnières cylindriques, assure la transmission des efforts vis-mécanisme de pression directement sur les sections des épaulements dans la zone des charnières. Grâce à la présence des charnières, compte tenu de leur hauteur et de la hauteur de l'alésage dans les rallongements et dans les supports entre les surfaces du rallongement et le coussinet supérieur, et du support et du coussinet inférieur, il se crée des jeux qui contribuent à la réalisation de la flexion d'amortissement des parois des coussinets. La présence des charnières cylindriques transmettant l'effort des vis de pression sur les coussinets permet aux coussinets de basculer dans le plan axial pendant la flexion des cylindres de laminage au moment des charges de pointe, ce qui garantit une distribution uniforme des charges sur les paliers radiaux sur la longueur du tourillon du cylindre et augmente la durée de vie du palier. La totalité des caractéristiques distinctives de la cage de laminoir selon l'invention est suffisante dans tous les cas concernés par l'étendue de la protection. En outre, la cage de laminoir selon l'invention peut présenter d'autres caractéristiques distinctives qui développent et complètent l'invention, en relation avec certaines formes d'exécution et d'utilisation. La position de la paroi supérieure de la section moyenne du coussinet supérieur et de la paroi inférieure de la section du coussinet inférieur dans les secteurs d'angle cc de 60 à 1200 avec les sommets aux centres des alésages pour le palier à roulement et avec les bissectrices des angles passant sur l'axe vertical de l'alésage, est conditionnée aux facteurs suivants. La dispersion des charges sur le palier dans le secteur d'angle cc influe positivement sur le travail du palier et sur sa durée de vie. La surface de pression de contact des galets du palier sur la surface des frettes augmente, ce qui diminue la charge sur chaque galet du palier. On crée ainsi les conditions pour l'utilisation dans des cages à charges dynamiques, par exemple, dans les laminoirs à pas de pèlerin, de paliers à roulement, au lieu de paliers à glissement normalement utilisés dans ces cages. Cela assure une rigidité stable aux supports de cylindres de la cage et une haute qualité de laminage. Si l'angle oc fait moins de 60 , I'effort principal sur la frette extérieure du palier sera transmis dans le secteur de cet angle a, ce qui signifie que la surface des pressions de contact sur le corps de roulement du palier va diminuer, le nombre des corps de roulements-galets qui reçoivent la charge diminuera, et la pression de contact sur les galets augmentera considérablement. Avec de fortes charges dynamiques, cela peut provoquer une déformation de la frette du palier. Si l'angle cl fait plus de 120 , la distribution des efforts sur la frette extérieure du palier se fera dans la zone proche de l'axe horizontal du palier, ce qui influera négativement sur le travail des galets du palier. Un coincement des galets dans des frettes du palier deviendra possible. En outre, la largeur du coussinet augmente, la hauteur des épaulements diminue et leur flexion devient possible, ce qui n'est pas admissible. Selon l'invention de plus, I'épaisseur des parois des coussinets sur les sections des rayons d'angle a représente avantageusement entre 1,1 à 2,5 fois I'épaisseur de la paroi du coussinet sur l'axe vertical de l'alésage pour le palier à roulement. Le bourrelet de la paroi de la section supérieure moyenne du coussinet supérieur et de la paroi inférieure du coussinet inférieur jusqu'aux valeurs indiquées est nécessaire pour créer une distribution uniforme des efforts sur la frette du palier sur les sections du secteur de l'angle a allant de 60 à 120 , dans la zone des rayons. Cela garantit une charge uniforme sur le corps de roulement du palier, en augmentant le nombre des corps de roulement participant à la transmission de l'effort sur les frettes du palier. Si l'épaisseur de la paroi du coussinet sur les rayons de l'angle ao est inférieure à 1,1 fois l'épaisseur de la paroi de la section supérieure moyenne du coussinet supérieur sur l'axe vertical de l'alésage, cela signifie que sur la bissectrice de l'angle a, les sections locales des efforts sur la frette supérieure du palier sur les rayons de l'angle a vont diminuer considérablement et l'effort maximal approchera l'axe horizontal du palier avec a allant de 100 à 120 . C'est indésirable, car un coincement des corps de roulement dans les frettes du palier devient possible. Si l'épaisseur de la paroi du coussinet sur les rayons de l'angle ac est de plus de 2,5 fois l'épaisseur de la paroi de la section supérieure moyenne sur l'axe vertical de l'alésage, il sera nécessaire d'augmenter la largeur des épaulements, ce qui est indésirable. La zone des efforts se rapprochera du sommet de la paroi dans la zone de l'axe vertical de l'alésage, ce qui diminuera la surface de la dispersion de la charge sur un plus grand nombre de corps de révolution du palier. Selon l'invention, le jeu entre les surfaces du coussinet et du rallongement, et du coussinet et du support représente de 0,05 à 0,2 fois l'épaisseur de la paroi de la partie moyenne du coussinet sur l'axe vertical de l'alésage du palier à roulement, et des garnitures amortissantes remplissent le jeu. Le jeu est nécessaire pour permettre le changement de forme de la paroi du coussinet aux moments de la répartition des efforts sur les sections droite 0o et gauche de la frette extérieure du palier, pendant la naissance des efforts de flexion sur les surfaces intérieures de la paroi du coussinet dans les zones des rayons de l'angle ax et de la surface extérieure de la paroi du coussinet dans la zone de l'axe vertical de l'alésage du palier. Le remplissage du jeu par une garniture amortissante est nécessaire pour atténuer les efforts de traction au moment des charges de pointe et empêcher un choc de charge sur le palier. Si le jeu est inférieur à 0,05 fois l'épaisseur de la paroi du coussinet sur l'axe vertical de l'alésage, il est difficile d'obtenir une atténuation des chocs de charges, car la garniture est mince et a de faibles propriétés amortissantes, et I'augmentation du jeu à plus de 0,2 fois l'épaisseur de la paroi du coussinet est indésirable, car une déformation de la frette extérieure du palier devient possible. L'invention va être maintenant décrite en relation avec les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs. Dans ces dessins: - la fig. 1 représente la cage de laminoir du côté des tourillons des cylindres de laminage; - la fig. 2 représente la cage de laminoir du côté du laminage; et - la fig. 3 représente le coussinet supérieur avec des épures de répartition des charges sur les paliers à roulement. Le dispositif se compose d'un bâti 1 (fig. 1 et 2), de cylindres horizontaux 2 placés dans des coussinets supérieurs et inférieurs 3,4 sur les paliers radiaux à roulement 5, disposés dans les alésages 6 ménagés dans les coussinets 3,4. Le coussinet supérieur 3 du côté des tourillons des cylindres 2 présente une forme en "IT", telle que définie en section par les épaulements gauches et droits 7,8 dont les côtés opposés l'un vers l'autre par rapport à l'axe vertical de l'alésage 6, sont reliés entre eux-mêmes aux points "a" et "b" (fig. 3) par des profils supérieurs 9 (fig. 2), en définissant une section moyenne du coussinet 3 qui présente un alésage pour un palier à roulement 5. La paroi supérieure 10 de la section moyenne du coussinet supérieur 3 se trouve dans un secteur d'angle a allant de 60 à 120 dont les rayons divergent vers le haut depuis le centre de l'axe du palier 5, dans des directions différentes vers les points "a" et "b" (fig. 3) d'une pièce conjuguée de rallongement 12 au profil courbe 9 formant les côtés des épaulements 7,8, la bissectrice de l'angle a passant par l'axe vertical de l'alésage 6. La paroi 10 du coussinet 3 comprend un bourrelet proportionnel aux distances entre les courbes supérieures, symétriquement par rapport à l'axe vertical de l'alésage 6 vers les points "a" et "b" de la pièce conjuguée avec les épaulements 7, 8. L'épaisseur de la paroi 10 du coussinet supérieur 3 et de la paroi inférieure du coussinet inférieur 4 sur l'axe vertical de l'alésage 6 fait entre 0,05 à 0,25 fois le diamètre de l'alésage 6. La forme du coussinet inférieur 4 est l'image de miroir de la forme du coussinet supérieur 3. Au-dessus du coussinet 3, sur la vis de pression 11, est placé un rallongement 12, et sous le coussinet inférieur 4 est placé un support 13. Le rallongement s'appuie sur les épaulements 7,8 du coussinet 3 par des charnières cylindriques 14, en formant un jeu 9 entre la surface du rallongement 12 et la surface du coussinet 3, en ayant la même forme que celle-ci. Le coussinet inférieur 4 s'appuie sur les épaulements 7,8 du support 13 au moyen de charnières cylindriques 16, en formant un jeu 15 entre les surfaces du coussinet 4 et du support 13. Les charnières 14,16 sont librement solidarisées dans les alésages du rallongement 12 au moyen de boulons de serrage 17, solidarisant en même coup les coussinets 3, 4 sur le rallongement 12 et le support 13, les coussinets 3,4 ayant la possibilité de basculer dans le plan axial pendant la flexion des cylindres 2. Le jeu 15 entre les surfaces des coussinets 3 4 du rallongement 12 et du support 13 fait entre 0,05 à 0,2 fois l'épaisseur "A" de la paroi 10 sur l'axe vertical de l'alésage 6 pour le palier 5. Les jeux sont remplis de garnitures amortissantes, par exemple, en alliage de manganèse et de cuivre, qui ont des propriétés amortissantes. L'épaisseur de la paroi 10 des coussinets 3,4 sur les sections des paliers 5 dans les rayons de l'angle a compris entre 60 à 120 fait entre 1,1 à 2,5 fois l'épaisseur "A" de la paroi 10 sur l'axe vertical de l'alésage 6. La surface inférieure 18 de la paroi 10 du coussinet 3 et la surface supérieure de la paroi 10 du coussinet 4 sont formées en trapèze dont les petites bases sont tournées l'une vers l'autre. Entre les épaulements 7,8 du coussinet 4 inférieur et les butées 19 se trouvent les vérins hydrauliques 20 de poussée du coussinet. Le mécanisme de poussée du coussinet supérieur 3 n'est pas représenté sur la fig.1. La fig. 3 représente en épure 21 la répartition de la charge sur le palier selon l'art antérieur le plus proche en épure 22 la répartition de la charge sur le palier de la cage de laminoir selon l'invention pour m/A = 2,0 et a = 120 , m représentant l'épaisseur maximale. L'assemblage des groupes de paliers de la cage de laminoir se fait comme suit. On place sur les cylindres de travail 2 les douilles-cassettes (non représentées sur les fig.), sur lesquelles on monte les coussinets 3,4 avec des paliers à rouleaux 5 sur quatre rangées. On place sur la surface du coussinet supérieur 3 et sur la surface du support 13 des garnitures, par exemple, en alliage Mn-Cu, ayant un fort pouvoir amortissant, d'une épaisseur comprise entre 0,5 à 0,2 fois l'épaisseur "A" de la paroi 10 du coussinet supérieur 3. On relie le coussinet 3 au rallongement 12 par des boulons de serrage 17 après avoir pré-installé dans les alésages du rallongement 12 et du support 13 les charnières cylindriques-garnitures 14,16. La hauteur de la charnière est la somme de la hauteur de l'alésage et de la valeur du jeu 15. Ensuite on serre les écrous des boulons de serrage 17 avec un effort suffisant pour assurer une liberté axiale aux coussinet 3 et palier 5 afin de permettre la flexion des cylindres du laminoir 2 et la pression de la garniture contre la surface entre le coussinet 3 et du rallongement 12. Après l'installation du coussinet inférieur 4 sur le support 13 avec les charnières16, on met en marche le mécanisme de poussée 20 du coussinet 4, en assurant un effort de pression du coussinet 4 à travers les charnières 16 vers le support 13. La cage de laminoir travaille de la manière suivante. Pendant le laminage de la pièce brute, par exemple sur un laminoir à pas de pèlerin, à l'avant des cylindres cannelés 2 se produit la déformation principale. Les cylindres entraînent la section de la douille mise sur le mandrin (non représenté sur la fig.) avec un laminage postérieur de la section de la douille. Au moment de l'entraînement de la section de la douille, un choc se produit du cône de la cannelure contre la douille. Ce choc se transmet à travers les tourillons des cylindres 2 sur le palier 5. La charge sur la frette supérieure du palier 6 se transmet à travers les galets aux zones droite et gauche du secteur de l'angle oc. Il se produit alors une flexion supplémentaire des parois 10 des coussinets 3,4 et une répartition supplémentaire de la charge sur la plupart des surfaces intérieures des frettes extérieures. Compte tenu des garnitures amortissantes, d'une petite modification dans la gamme du jeu et de la flexion des coussinets, la charge de choc sur les paliers 5 est atténuée, ce qui augmente la résistance des paliers 5. Au moment de la charge dynamique se produit une flexion axiale des cylindres 2. Les coussinets 3,4 basculent sur l'axe de laminage en direction des surfaces des garnitures cylindriques 14,16, en gardant le parallélisme avec les axes des paliers 5 et la rigidité sur toute la longueur des paliers 5. La cage de laminoir perfectionnée proposée peut être utilisée dans les laminoirs à fortes charges statiques et dynamiques, c'est-à-dire dans un laminoir à pas de pèlerin, et permettra la production de produits de laminage, par exemple de tuyaux de haute précision géométrique, compte tenu de l'utilisation de paliers radiaux à roulement au lieu de paliers à glissement, et compte-tenu aussi de l'augmentation de la rigidité de la cage. REVENDICATIONS 1. Cage du laminoir selon l'invention, de préférence d'un laminoir à pas de pèlerin, qui comporte un bâti (1) recevant des cylindres horizontaux installés sur des paliers dans des coussinets supérieurs et inférieurs (4, 5), et des vis de pression (11), caractérisée en ce que du côté des tourillons des cylindres (2), le coussinet supérieur (3) présente une forme en "1", telle que définie en section par des épaulements gauches et droits (7,8), en ce que les coussinets opposés par rapport à l'axe vertical (6) ont leurs côtés reliés entre eux par des profils courbes supérieurs (9) aux côtés de l'axe vertical du coussinet, en définissant une section moyenne présentant un alésage pour un palier à roulement (5), en ce que la paroi supérieure (10) de la section moyenne comprend un bourrelet proportionnel aux distances entre les courbes de la surface supérieure de la paroi moyenne du coussinet et le rayon de l'alésage symétriquement à l'axe vertical de l'alésage en direction des sections de jonction avec les épaulements (7,8), en ce que la forme du coussinet inférieur (4) est l'image de miroir de la forme du coussinet supérieur (3) et l'épaisseur de la paroi supérieure du coussinet supérieur et de la paroi inférieure du coussinet inférieur sur l'axe vertical de l'alésage est comprise entre 0,05 à 0,25 fois le diamètre de l'alésage pour le palier, en ce qu'au-dessus du coussinet supérieur (3) est placé un rallongement (12) et sous le coussinet inférieur (4) est placé un support (13) basé sur les épaulements (7,8) des coussinets correspondants, au moyen de charnières cylindriques (14) disposées dans des alésages du rallongement (12), formant un jeu (9) entre les surfaces du rallongement (12) et la surface supérieure du coussinet supérieur (3), et en ce que le coussinet inférieur (4) s'appuie par les épaulements (7,8) sur le support au moyen de charnières cylindriques (16), formant un jeu (15) entre les surfaces du coussinet inférieur (4) et du support (13). 2. Cage de laminoir selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi supérieure de la section moyenne du coussinet supérieur (3) et la paroi inférieure de la section moyenne du coussinet inférieur (4) sont dans un secteur d'angle cc compris entre 60 à 120 , avec les sommets aux centres des alésages pour les paliers à roulement et avec les bissectrices passant sur les axes verticaux des alésages. 3. Cage de laminoir selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur des parois des coussinets sur les sections des rayons d'angle a est comprise entre 1,1 à 2,5 I'épaisseur de la paroi sur l'axe vertical de l'alésage pour le palier à roulement. 4. Cage de laminoir selon la revendication 1, caractérisée en ce que le jeu entre les surfaces des coussinets et du rallongement (12), et du support (13) fait entre 0,05 à 0,2 fois l'épaisseur de la paroi de la partie moyenne du coussinet sur l'axe vertical de l'alésage pour le palier, définissant un jeu dans lequel des garnitures d'amortissement sont disposées.