Brevet FR2850888A1 — publié le 20040813

La présente invention concerne un dispositif en 3 variantes permettant de recouvrir un métal ductile par m autre métal ductile ,ou par un autre matériau,à froid ou à mi-chaud et sans perte de matière , sous orme de produit long. L'opération se fait par étirage ou Tréfilage couplée d'un compactage ou l'une incrustation de fils en périphérie ; Les dispositifs selon l'invention peuvent s'appliquer à froid ou à mi-chaud sur une ligne d'étirage multipasses ,avec ou sans une opération de Toronnage consécutive aux divers produits obtenus ; La Ligne globale est conçue et préparée en fonction des différents Cahier des Charges du produit final visé . Dans l'état actuel de la Technique, soit le Métier de recouvrement d'un métal par un autre métal ,les procédés industriels pratiqués sont essentiellement : par voie électrolytique,électochimique, par différents moyens de projection sous forme de particules ,soit solides, soit fondues ou semi-fondues, ou par immersion au défilé dans un métal en fusion ; les méthodes de production se signalent par leurs faibles productivité ,alliées à des couches de faible épaisseur, à des conditions de liaison d'interface chimiquement et mécaniquement pointues . et à des conditions de Travail et de Sécurité contraignantes (Chaleur et Dangerosité). Le,dispositif selon l'invention s'adresse , en premier lieu , aux Producteurs de Fils bimétaux ou trimétaux , à vocation électrique dont la résistance mécanique globale est un facteur déterminant du Cahier des Charges du Fil composite fabriqué. Le dispositif selon l'invention s'adresse également aux Producteurs de Produits Longs dont le critère Anti-Corrosion est un élément de base du Cahier des Charges Produit le dispositif selon l'invention a pour but d' associer ,par incrustation ou par compactage .des fils de cuivre ou d'aluminium .avec des fils d'acier dur ,écrouis ou trempés, cités à titre indicatf et non limitatif ,pour augmenter de façon notoire la résistance mécanique globale du fil bi ou tri-métaux , en première application ;le fil multimétaux pourra servir de constituant pour la fabrication de torons .voir de cables de type aériens ,à titre indicatif . En fonction des différents Cahiers des Charges du produit final , l'invention prévoit et conçoit trois possibilités pour recouvrir un métal ( ou un autre matériau ) par un autre métal (ou par un autre matériau ) les 3 symboles suivants seront utilisés pour les 3 méthodes de recouvrement : P18 e, P18 i, P18 c : - P18 e : plusieurs Fils ductiles sont écrasés et fortement compactés par une opération d'écrouissage pour couvrir intégralement le Périmètre de l'âme. ; titre indicatif et non limitatif , le nombre de fils est de quatre. - P18 i : Plusieurs Fils Durs, écrouis ou trempés revenus.de haute résistance.préférenciellement, en aciers inoxydables,ou autre métal, sont incrustés dans la peau du métal (ou autre matériau)d'âme de consistance ductile, par une opération d'écrouissage ; à titre indicatif et non limitatif , le nombre de fils est égal à trois . - P18 c : le Fil d'âme . de dureté et de nuance choisie est recouvert par une couche de métal ( ou autre matériau) ductile et compact de forme tubulaire à l'origine. En fonction du Cahier des Charges du Produit Final,Les 3 dispositifs selon l'invention permettent de recouvrir un métal ,ou autre matériau, par un autre métal ,ou autre matériau , avec des épaisseurs et des diamètres choisis au départ, selon une gamme dimensionnelle relativement large . Les dispositifs selon l'invention permettent ainsi bon nombre de choix et de latitudes . les dessins annexés illustrent les 3 Dispositifs selon l'invention: La Planche 1 représente en vue de dessus le dispositif de l'invention , nommé P18 e , ou P18 i ; - la figure 1 représente en vue de dessus une couleuse 17 (ou boite à lubrifiants ) de grande dimension. de longueur 1. 30 m ,donné à titre indicatif et non limitatif. L'ensemble 17 comporte 3 porte-filières 18,19.20 ; en 1 est inséré une filière qui est l'élément de guidage du fil d'âme . les pièces 3.6,9 sont des filières d'écrouissage ,en diamant ou en carbure de tungstène , donné à titre indicatif..Les bacs étanches 2,4,7 et 10 sont destinés à recevoir un lubrifiant , ou un métal liquide à bas point de fusion ou un polymère liquide ; ces éléments étant choisis en fonction des différents Cahiers des Charges du produit final. - la figure 2 représente Les pièces guide métalliques 5 oui 8 qui sont solidaires de leur filière respective, et sont percées de5 logements pour recevoir en 12,13,14,15 , quatre filières de guidage ;le passage du fil d'âme est prévu en 16 . La Planche 2 représente en coupe travers le dispositif de l'invention, nommé P18 e avec les figures 3, 4, 5, décrivant l'évolution du compactage des différents fils 21,22,23,24. - la figure 3 représente un fil d'âme 25 et quatre fils de couverture 21,22,23,24 prêts à être compactés sur l'âme ; 26 est le diamètre final (virtuel) du produit visé. -la figure 4 représente une opération intermédiaire de compactage des fils 21,22,23,24. en cours d'aplatissement. @ -la figure 5 représente le produit final compacté avec les quatre couches 21,22,23,24 ,et l'âme 25 La Planche 3 représente en coupe travers le dispositif de l'invention , nommé P18 i , avec trois opérations successives d'incrustation des fils durs 27,28,29 dans l'âme ductile et tendre 25. -la figure 6 représente le fil d'âme 25 et trois fils 27,28,29, prêts à être incrustés -la figure 7 représente une opération intermédiaire d'incrustation des fils durs 27,28,29. )-la figure 8 représente le produit final avec les trois fils durs 27,28,29, incrustées dans l'âme 25 de faible dureté . -la figure 9 représente un agrandissement du fil 28 ,légèrement ovalisé, incrusté d'une manière décrite postérieurement. La Planche 4 représente en coupe travers le dispositif de l'invention , nommé P 18 c. décrivant trois @ opérations de Compactage d'un tube ductile , comportant à l'intérieur : un fil d'âme de métal ou d'un polymère ,cité à titre non limitatif -la figure 10 représente le tube 30 de base ayant à l'intérieur un fil d'âme 25 .avec la surface (ou volume) 31 à réduire à zéro , par étirement du tube et compactage sur l'âme. - la figure 11 représente une opération intermédiaire de compactage du tube 30 sur rame 25. ) -la figure 12 représente , en agrandi, le tube 30 étiré et compacté sur le fil 25 , avec des pressions qui seront définies plus loin. La Planche 5 , Figure 13 représente ,en vie de dessus, une installation de dévidage rotatif du fil d'âme 26 à partir de la bobine 35. le déplacement du tube 30 renfermant cette âme chicané sur les deux poulies rotatives.à gorge 33 et 34, montées sur un chariot qui se déplace sur un rail , le tube @ est en cuivre, en Aluminium ,cité à titre non limitatif, le dévidoir rotatif 35 du fil d'âme est également monté sur un chariot à déplacement rectiligne ; les 3 chariots porteurs de 33,34. 35 ont un déplacement vers la Tréfileuse 32 . le dispositif selon l'invention nommé P 18 e (e = écrasé) Consiste à recouvrir une âme métallique de Haute résistance , de Diamètre 0 1,8m/m ,de résistance 2000 / 2200 MPa , donné à ) titre indicatif,en Acier inoxydables ,ou en acier laitonnée ou étamée ou en autre matériau , par trois ou quatre fils en métal de bonne ductilité ,de cuivre ou d'aluminium recuits, de 0 1,5 m/m ,donné à titre indicatif et non limitatif. L' épaisseur de métal conducteur ( Cuivre , Alu , ou autre sera fonction des différents Cahier des Charges des produits visés. La Planche 1 représente un ensemble Bloc d'étirage 17 de longueur 1,30 0 ni comportant 3 (ou 4) ! porte- filières 18,19,20 ( 21 à la suite, non représenté).la filière 1 est la filière guide d'entrée ; la filière 3 pour faire un mini écrouissage( skin-pass) et assurer une parfaite tension de l'âme dans l'espace 3-6 et l'étanchéité du bac 4 recevant un produit liquide ou poudreux ; les ensembles 5+6 et 8+9 sont montés et solidarisés dans leur bague Porte-filières 19 et 20 ; les pièces 5 et 8 sont en métal ,percées de 4+1 logements pour recevoir en 12,13,14,15 , quatre filières- guide laissant passer ,avec une faible @ tolérance, quatre fils du métal à recouvrir l'âme,et au centre, le passage 16 de l'âme à recouvrir ; guides 5 et 8 , solidaires de la filière ont pour but d'introduire les 4 fils de cuivre devant le cône de la filière à un endroit précis ( et constant ) ; ils peuvent ,si on le Décide, jouer le rôle de pré. mouillant du lubrifiant ; les 4 fils de cuivre ou d'Aluminium,donné a titre indicatif, non représenté sur la Planche 1 . sont dévidés par 4 bobines jumelées montées à l'amont de la couleuse 17, et par un systéme de @ dévidage conventionnel . Le fil multimétaux sortant de 17 est étiré par un banc monopasse ou par une multipasse ,selon le taux de compactage ou,d'allongement que l'Industriel désire donner au produit brut. Les figures 4 et 5 décrivent l'évolution des profils d'écrasement de ces 4 fils de matériau ductile les bacs 2,4,7 ( et 10, éventuellement) servent à contenir un lubrifiant,ou un liquide ,ou une résine ou un polymère ou un métal liquide à bas point de fusion , cité à titre indicatif ,choisis en fonction du 1 Cahier des Charges du Produit final visé.La filière 6 sert à pré-écraser les 4 fils de Cu ou Alu, à titre indicatif ,sur l'âme métallique ; elle pourra être jumelée par une filière 6 bis jumelée (non représentée) si le taux de remplissage dans le cône de travail est trop important ou, est limite. ; filière 9 sert à terminer le " Compactage " du cuivre/ Alu ou X sur l'âme ;la filière 10 (non représentée) sert à parachever le " Compactage " du cuivre / Alu ou matériau X , si cette opération s'avère nécessaire pour certains métaux ou matériaux . Le bac 10 sert à récupérer le crachement excéssif par la filière 9 de lubrifiant qui est ramené en 7 par le circuit 11. Les lubrifiants ou résine,ou métal liquide,ou autre ,à titre indicatif, en 2,4,7 sont choisis en fonction du Cahier des Charges du produit fini ainsi que le résiduel que l'on désire obtenir sur chacun des cinq constituants , sera en fonction des critères de Corrosion tels qu'ils ont été définis par le Cahier des Charges du produit visé. Il est à noter que Pour certains revêtements de l'âme métallique : laiton , galva , galfan ,étamé , à titre indicatif, le lubrifiant peut s'avérer non nécessaire . Dans le dispositif selon l'invention nommé P 18 e (e = écrasé), l'ensemble de base 17 est fixe ,et le déplacement des cinq fils est linéaire ;mais dans le cas d'une volonté par l'Industriel de fabriquer un toron ,ou un cable, plusieurs couleuses 17 pour être monter sur un berceau rotatif, en amont de la toronneuse ou de la cableuse. En option , et selon le Cahier des Charges du produit final , le dispositif selon l'invention nommé P18e pourra comporter une installation de chauffage ,ajoutée du Système Four-tubes d'uniformisation de température pour resouder les parois étamées du cuivre, donné à titre indicatif et non limitatif.. ou, de faire traverser le fil semi-fini dans un bain d'étain en fusion, à titre indicatif. Avec un système d 'essuyage traditionnel approprié couramment utilisé dans l'industrie. L'installation générale Planche 1 sera adapté en fonction de métal à usage électrique ,ou non, recouvrant l'âme. la Page 5 donne, à titre indicatif, un exemple de Modèlisation mathématique d'un Schéma de recouvrement possible. Une Courbe permettant d'optimiser les Efforts de tréfilage et les résistances des divers fils sera établi Préalablement en laboratoire équipé en machines de traction, selon le modèle donné en page 10 , donné à titre indicatifet non limitatif. le dispositif selon l'invention nommé P 18 i ( i = incrusté) Consiste à incruster trois (ou quatre) fils l'acier de haute résistance mécanique ou autre métal ou matériau , dans une âme d'un matériau relativement tendre et d'une ductilité suffisante .L'opération consiste à incruster 3 fils d'acier durs . inoxydables ou laitonnés. à titre d'exemple indicatif ,dans une âme en Aluminium ou en cuivre , à l'état recuit pour optimiser l'incrustation ; à titre indicatif , le ratio dureté des fils sur dureté de l'âme de 4 à 5 , donne d'excellents résultats de pénétration du fil dans l'âme. Le principe général d'étirement tans la couleuse 17 est le même que pour celui décrit précédemment pour P 18 e .11 est à noter que pour des Taux d'incrustation voisinant les 99 % ,soit , le métal d'âme se refermant quasi totalement sur le fil, et l'emprisonnant, les opérations postérieures de torsionnage ou de toronnage des éléments incrustés s"avèrent non nécessaires. ( voir Fig 9). Les fils à incruster pourront être également, à titre non limitatif, des tubes de dureté suffisantes pour provoquer le minimum d'ovalisation ; les éléments d'incrustation seront de section circulaire ou autres sections , à titre non limitatif. Les nuances seront choisies en fonction des différents critères du Cahier des Charges du produit final, en particulier le critère Corrosion sur produit fini ; les choix de nuances seront validées par des Tests qualitatifs et quantitatifs préalables . la Page 6 Donne, à titre indicatif ,un exemple de la Modèlisation mathématique d'un Schéma d' incrustation possible de 3 fils de couverture Une Courbe permettant d'optimiser les Efforts de tréfilage et les résistances des divers fils sera établi préalablement en laboratoire équipé en machines de traction, selon le modèle donné en page 10 , donné à titre indicatif et non limitatif. Le dispositif selon l'invention nommé P 18 c ( couche compacte) , consiste à recouvrir une âme métallique par une Couche de Métal compact, choisi Revêtement d'une âme métallique par un métal de bonne ductilité, d'allongement supérieur à 15%,à titre indicatif, concernant la provision de la couche 45tubulaire ;Le Dispositif selon l'invention consiste dans le principe suivant : le Fabricant de tubes insère une âme métallique de section circulaire ,ou autre forme, pendant l'étirage du tube,soit un fil d'acier inoxydable, à titre indicatif , de nuance et dureté choisies . Le conditionnement de l'ensemble Fil-Tube est tel que la longueur de l' âme ,excédant nettement la longueur du tube, continuera d'être enroulée sur le tube de Revêtement . les bottes ( tube enroulé + âme ) sont conditionnées en spool , ou bottes creuses pour permettre un dévidage par le centre de la botte, à la reprise de celle-ci ; Selon la Planche 5 , Figure 13 ,avant l'opération de compactage des 2 éléments,par écrouissage du tube 30, la déplacent sur un système de rails ,dont la longueur totale développée égale celle du tube à dérouler et à écrouire; les 3 segments de tube ainsi formés, se déroulent sur les poulies 33 et 34 ,à gorge adaptée au diamètre du tube ; ils subissent une légère tension ,calibrée et optimisée,par les chariots porteurs des poulies 33 et 34, pour ne pas écraser le tube dans les gorges de poulies ,et gêner ainsi le glissement intérieur du fil d 'âme. Pour s'assurer du bon glissement relatif âme-tube ,1'âme pourra comporter un @ résiduel de lubrifiant de tréfilage ,choisi en fonction des critères de corrosion du produit final. l'ensemble est écroui sur une multipasse 32 qui tire et écroui le tube avec un Allongement beaucoup plus important que celui de l'âme .Le dévidoir rotatif 35 est monté sur un chariot, dévérouillable à un moment donné par un automate, se déplace sur un rail vers la tréfileuse 32 ; son déplacement est dévérouillé au moment ou le chariot porteur 33 le rejoint ; l'ensemble 35 +33 se déplace ainsi vers la multipasse 32 ILes chariots porteurs des pièces 33 ,34,35 sont en réalité dans un plan vertical . A noter que : pour des raisons de clareté et de compréhension uniquement, la planche 5 ,fig 13 représente les pièces 33,34,35 décalées. Un système séquentiel avec automate et fins de course pilotera les courses respectives de 33,34,35. Compte tenu de haute résistance mécanique conjuguée : de l'âme et du tube fortement écroui . l'Opération de Compactage du tube sur l'âme pourra se faire en une seule opération d'écrouissage en @ tréfilage triplé, soit 3 filières montées en série pour pouvoir obtenir l'allongement tube nécessaire au compactage désiré. Lorsque le compactage tube-fil sera atteint , l'industriel pourra continuer l'opération d'écrouissage de l'ensemble , en fonction du Cahier des Charges du produit final. le dispositif selon l'invention nommé P 18 c ( couche compacte) , permet de recouvrir une âme métallique ou autre matériau qui sera isolé de toutes aggressions extérieures . par une Couche de Métal ) compact, de bonne ductilité et avec l'épaisseur choisi en fonction du Cahier des Charges du produit final , soit pour une application "électrique", soit ''Anti-corrosion" . cité à titre indicatif et non limitatif. la Page 7 donne , à titre indicatif un exemple de la Modélisation mathématique d'un Schéma d'écrasement et de compactage possible du tube de base et de l'âme . i la Page 9 donne .à titre d'exemple indicatif, une Fiche technique d'un fil bi-métaux avec ses caractéristiques de base. le dispositif selon l'invention ,avec ses trois variantes, est particulièrement destiné à recouvrir ou à incruster un métal ductile ,ou autre matériau ductile, dans un autre métal ductile ,ou autre matériau ductile ; chaque variante étant choisie en fonction du Cahier des Charges du produit final fixé par ) l'industriel.. Les Pages 5,6,7 et le Tableau en page 9 sont des modèles mathématiques ,donnés à titre d'exemple indicatif et non limitatif. La page 8 donne ,à titre indicatif, une Méthode de détermination de la valeur de #; est Le rapport entre la Contrainte de tréfilage et la résistance au m/m2 du fil écroui , ou bien, le rapport entre l'effort de Tréfilage et la résistance totale du fil écroui. Cette démarche de Caractérisation ,anticipée, permet d'optimiser la valeur du Taux d'écrouissage à donner au produit ,en se réservant un coefficient de sécurité raisonnable pour ne pas casser le fil au démarrage de l'installation, en particulier ; les Contraintes de tréfilage étant plus importantes à ce moment là. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour recouvrir ou incruster un métal ,ou autre matériau , par un autre métal ou par un autre matériau , sous forme de produit long , au défilé, par un opération conjugée d'écrouissage et de compactage des éléments impliqués. en ce qu'il est caractérisé par une couleuse 17 comportant 3 porteFilières 18,19,20 servant aux opérations de déformations ,d'allongement ou d'incrustation des fils impliqués. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le Dispositif nommé P18e consiste à compacter quatre fils de Cuivre ou d'Aluminium ou leurs Alliages ,à l'état recuit, sur une âme d'acier pour en couvrir tout le périmètre . les matériaux étant cités à titre indicatif et non limitatif. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le Dispositif nommé P18 i consiste à incruster 3 ou 4 fils d'aciers durs dans une âme de faible dureté et de ductilité suffisante .par une opération de tréfilage/ Etirage. 4)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le Dispositif nommé P18 c consiste à recouvrir une âme métallique de forme circulaire ou autre forme ,de section pleine ou creuse, par un tube métallique de bonne ductilité jusqu'en arriver au compactage de celui-ci sur son l'âme de départ., et ceci. par une opération d'étirage préférentielle de ce tube par rapport à son âme.. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les Lubrifiants, produits d'interface lors des opération de Tréfilage/Etirage . seront signalés par leurs propriétés anti-corrosion ou.seront des résines à durcissement retardé et à consistance résiduelle semisouple ;les produits étant choisis en fonction du Cahier des Charges du produit final , et en particulier des Critères de Corrosion. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le lubrifiant sera en fait ,pour certains produits ,un métal liquide à bas point de fusion , ayant ,préférenciellement, des Aptitudes anti-corrosion ;l'étain étant cité à titre indicatif . 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les 3 types de produit fabriqué subiront, ou non , un allongement sur un banc ou une tréfileuse multipasse selon des valeurs déterminées en fonction du Cahier des Charges du produit final désiré.