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" Perfectionnement au traitement de tôles et analogues
La présente invention se rapporte aux procédés et appareils pour le traitement de tôles et analogues avant les opérations de façonnage, et en particulier aux prooédés et appareils pour le traitement de tôles et bandes en acier doux et de pièces planes minces analogues en acier doux pour leur fabrication subséquente en produits manufactures.
Une grande quantité de tôles ou bandes d'acier,possédant une teneur en carbone voisine de 1/10 %, sont laminées dans la fabrication de tôles étamées,de tôles pour carrosseries d'automo- biles et analogues, la réduotion à l'épaisseur finale s'effeo- tuant par un laminage à chaud ou à froid. Dans l'un et l'autre cas, la métal , lorsqu'il quitte le laminoir, se trouve à l'état dur et non susoeptible d'être travaillé et doit habituellement être soumis à un recuit. Ceci rend le métal plus doux et duotile, mais en même temps lui communique une qualité indésirable,oonsis- tant en une tendanoe à se "plisser" ou à former des "craquelures d'étirage" lors d'une fabrication subséquente.
On peut désigner ce plissement et cette craquelure d'étirage de tôles recuites à faible teneur en oarbone par leur propriété
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particulière et très désiralle de céder 3Doaleuent au lieu de le faire sur une grande étendue, lorsqu'elles sont déformées au-delà de leur limite de résistance. On dit qu'une tôle d'acier doux "se plisse" lorsqu'elle se plie de façon nette en un seul endroit au lieu de se courber de façon uniforme sur une étendue plus grande, lorsqu'elle est soumise à des forces de flexion. On dit d'une tôle d'aoier doux/qu'elle présente des "oraquelures d'étirage", lorsque sa surface se fendille de façon apparente quand la tôle est soumise à une tension)au-delà de sa limite d'élasti@ité.
Lorsqu'une tôle de cette matière est soumise à un allonge- ment dans une maohine d'essais, il ne se produit pas d'état per- manent jusqu'à ce que la limite de résistanoe bien définie soit atteinte. Il se produit alors une série de crevasses apparentes, à mesure que l'allongement continue, et oes crevasses,qui consti- tuent les "oraquelures d'étirage", s'étendent jusqu'à ce que fi- nalement .celles se rencontrent et recouvrent toute l'étendue de la tôle, qui présente alors un aspeot mat bien différent de l'as- pect brillant initial de la tôle. A mesure qu'on continue l'allon- gement à partir de ce point, la tension augmente graduellement jusqu'à ce que l'échantillon donne lieu à striction et que finale- ment la rupture se produit.
Si on arrête l'essai lorsque les cra- quelures d'étirage ont recouvert seulement une partie de la sur- face, on constate que la matière , mesurée dans une partie cra- quelée, est plus mince que la tôle originale. On observe en parti- oulier le phénomène de "craquelures d'étirage" dans la fabrica- tion de carrosseries pour véhicules automobiles et de pièces ana- logues, où l'étirage de certaines parties de la tôle par les matzi- oes est suffisant pour produire des craquelures d'étirage, mais n'est pas suffisant pour que celles-ci se réunissent de façon à donner une surface relativement lisse. L'aspect résultant est na- turellement très indésirable.
On a jusqu'ici employé divers procédés pour obvier à cette
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tendance d'une tôle reouite d'acier doux à se plisser ou se craqueler* C'est ainsi qu'il est courant de faire subir à la tôle, après le recuit, un léger laminage à froid ou "planage".
Bien que ce procédé destiné à supprimer la tendance de la tôle à se plisser lors de sa fabrication)subséquente soit, dans la plupart des cas où il est utilisé, oapable de produire les ré- sultats désirés, il ne constitue pas toujours un procédé prati- que ou désirable, en ce que l'opération de laminage à froid doit être réalisée de façon très soigneuse pour éviter de gau- chir la tôle ou de la durcir de façon nuisible, et aussi en rai- son du fait qu'une nouvelle urface est communiquée à la tôle par les cylindres de laminoir, ce qui est souvent indésirable, par exemple lorsque la tôle a été au préalable étamée.
Il est également connu qu'n peut améliorer les qualités des tôles reouites d'acier doux, en ce qui oonoerne le plisse- ment et le oraquèlement d'étirage, en les faisant passer dans des appareils de dressage à rouleaux. Il a toutefois été oonsta- té que l'emploi d'un appareil de dressage à rouleaux n'est pas possible dans le cas de certaines bandes ou tôles,à cause de la tendance très prononoée des tôles à se plisser ou gondoler dans l'appareil de dressage à rouleaux ; en outre,avec d'autres aciers qui ne se plissent pas réellement, il se forme fréquem- ment sur ceux-ci des multitudese de fines lignes parallèles.
Celles-ci peuvent être trop fines pour qu'on puisse les mesurer, mais nuisent à l'aspeot de la surface.
On peut éliminer ou supprimer complètement la tendance de tôles recuites d'aoier doux à se plisser ou se craqueler , pen- dant la fabrication,, par le prooédésuivant la présente inven- tion, qui oonsiste essentiellement à soumettre les tôles à des efforts à des températures élevées (par exemple à 370* C et da- vantage) pendant ou avant des opérations de façonnage.
Il a été constaté par la demanderesse que des tôles d'acier, même si elles ont une tendanoe prononcée au plissement ou à la formation de craquelures d'étirage aux températures ambiantes or-
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dinaires, peuvent être convenablement pliées ou étirées lorsqu'on les chauffe à un point supérieur à une certaine température eriti- que définie, qui est généralement comprise entre 370 et 400 C.Si une tôle reouite de l'épaisseur des tôles étamées (et l'épais- seur moyenne des tôles étamées est voisine de 0,3 mm) est chauffée à cette température et pliée sur un rouleau, d'un diamè- tre de 75 mn, d'abord dans un sens et ensuite dans l'autre, pen- dant que la tôle se refroidit, on constatera que lorsqu'elle est froide,
la tôle ne se plissera plus et qu'elle ne présentera plus que des craquelures extrêmement peu profondes lorsqu'elle est soumise à l'étirage. Il suffit d'un nombre d'opérations de pliage aussi faible que quatre pour atteindre ce résultat,bien qu'il soit généralement désirable d'en effectuer davantage.Les qualités du métal seront même considérablement améliorées par deux pliages du métal à cette température , les pliages s'effectuant dans des sens opposés.
La propriété de tôles d'acier recuites de bien se laisser plier ou étirer, lorsqu'elles ont été chauffées à une certaine température définie, rend possible le traitement de cette matière
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d'une autre manière différente l'élimination de sa tendance au plissement ou à la formation de oraquelures d'étirage dans la fabrication subséquente. Ainsi, si le métal est soumis à un étira- ge, pendant qu'il se trouve à l'état chaud, à un degré limité,par exemple à un étirage de 1 % ou 2 % de sa longueur totale, on oons- tate que les qualités du métal sont fortement améliorées c'est-à- dire que si on soumet le métal après qu'il est refroidi, à des opérations de fabrication, on constate qu'il se laisse bien tra- vailler et qu'il n'a pas de tendance au plissement ou à la forma- tion de craquelures d'étirage.
Divers types d'appareils conviennent pour la réalisation du traitement du métal conformément au procédé mentionné ci-des- sus, et l'invention n'est en aucune manière limitée, dans son as- pect général, à un appareil particulier queloonque. Le dessin oi-
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joint représente trois genres d'appareils qui ont donné des ré- sultats tout à fait satisfaisants en pratique, mais il est évi- dent pour tout homme du métier que, dans la réalisation du pro- oédé suivant l'invention, on peut, sans s'écarter du principe ni du oadre de oelle-oi, suivant des oonditions variables,appor- ter de nombreuses modifications à l'appareil utilisé au point de vue de la construction et de la disposition des différents éléments qui le oomposent.
Sur le dessin:
La fig. 1 représente schématiquement un appareil pour l'on- dulation ou pliage, dans les deux sens, d'une tôle ou bande de métal en mouvement, pendant qu'elle se trouve à l'état chaud;
La fig. 2 représente , également de façon schématique, un appareil approprié pour soumettre une tôle ou bande à une opéra- tion d'étirage, pendant qu'elle se trouve à l'état chaud;
et
La fig. 3 représente schématiquement un appareil pour la fabrication de tôles étamées, cet appareil comprenant un disposi- tif pour traiter à nouveau les tôles après qu'elles ont été sou- mises à l'action du bain dé tamage,
L'appareil, représenté sur la fig. 1 du dessin, comprend essentiellement une bobine ou tambour 10, sur lequel est enroulée une bande ou tôle reouite d'acier doux, un fournil, unesérie de rouleaux 12, 12, et un seoond tambour 13, sur lequel la tôle est enroulée après être passée à travers le four 11 et sur les rou- leaux 12. La tôle enroulée sur le tambour 10 peut être à l'état reouit ou être à l'état durci telle qu'elle sort du laminoir.
Si le métal est déjà recuit, le four 11 oonsi stera en fait en un four à réchauffer, tandis que si la tôle sur le tanbour 10 n'a pas encore été recuite, le four 11 peut être un four de ohauffa- ge continu du type convenant pour effectuer l'opération de re- ouit. Dans la réalisation du procédé, on fait passer le métal à travers le four 11 à une vitesse telle qu'il est amené à une température d'environ 370. C, de préférence un peu plus élevée,
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et on le fait passer ensuite directement sur les rouleaux 12, sur lesquels on lui fait subir quatre pliages, deux dans un sens et deux dans l'autre. Le métal se refroidit graduellement pendant oe traitement ondulatoire et quitte le dernier rouleau 12 à une température relativement basse.
La tôle traitée par ce procédé est non seulement duotile et se laisse bien travailler, mais ses propriétés phsiques se sont pratiquement pas amoindries par le traitement. Elles peu- vent même être améliorées . Le traitement mécanique excessive- ment doux que la tôle reçoit ne détériore en aucune manière sa surface.
La fig. 2 du dessin représente un appareil pour l'étirage du métal pendant qu'il se trouve à l'état ohaud.
La tôle est ici déroulée du tambour 20 (qui comporte un frein pour assurer une tension antagoniste sur la tôle), passe sur le cylindre 21 et à travers une cuve renfermant des sens fendus 22, qui fournissent la ohaleur,passe sur les rouleaux 23 et 24 et s'enroule sur le tambour 25, qui est commandé par une source appropriée Quelconque de force motrice.Les rouleaux 23 et 24 sont reliés entre eux par des roues dentées,indiquées en 23' et 24' respectivement, aveo un rapport de transmission de 1:1 ,maisle rouleau 24 est d'un diamètre légèrement supérieur à celui du rouleau 23.
Par suite de cette disp osition,la tôle est étirée en passant dans l'intervalle entre les rouleaux 23 et 24, de la quantité exacte correspondant à la différence dans les vitesses périphériques de ces rouleaux. Il a été constaté qu'un dispositif, tel que celui qui vient d'être déorit, au moyen duquel une tôle ou bande passant à travers l'appareil est allongée d'en- viron 1 1/2 %, communique une qualité très satisfaisante à la bande ou tôle sans nuire à sa surface ou à ses propriétés phy- siquàs .
Une tôle d'aoier, qui a été traitée suivant le procédé dé- orit ci-dessus ou par tout autre procédé assurant l'élimination
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de la tendance au plissement ou à la formation de oraquelures
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d'étirage, tendra à"'vieillir" , 0' est-à-d1re à revenir lente- ment à son état non satisfaisant initial. Ce vieillissement pro- gresse habituellement si lentement qu'il ne oonstitue pas un facteur important; mais, d'autre part, si le métal est soumis à une température plus élevée, même pendant un temps très court, le vieillissement progresse avec une grande rapidité, et le métal peut être sérieusement dét érioré.
On oonstatera que le métal , - après être passé à travers un bao d'étamage, par exemple, dont la température est voisine
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a de 320*C,w même si oe métal a été traité au préalable par l'un des prooédés décrits ci-dessus ou par un dressage au moyen de rouleaux ou par un laminage à froid pour éliminer sa tendanoe au plissement ou à la formation de craquelures d'étirage, sera ra- mené pratiquement à son état de recuit initial. Il a été cons- taté qu'on peut empêoher oe vieillissement,o u retour du métal à, son état @ initial, en faisant passer la bande ou tôle sur une série de rouleaux, immédiatement à sa sortie du bain d'éta- mage, aveo le résultat que, lorsqu'elle sera froide,la tôle ou bande se laissera bien travailler .
Comme la température du bain d'étamage est d'environ 320 G, il peut seller que ceci
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Il est en contradiction aveo l'indioation, fournie au début de la prâsente description , qu'une température d'environ 370 C est nécessaire pour la première opération de pliage. Toutefois, dans ce cas, la matière a déjà été traitée de telle sorte qu'elle se laisse bien travailler avant de pénétrer dans le bain d'éta- mage.
Les résultats ob tenus par l'invention peuvent être indi- qués de façon plus générale comme suit : des tôles d'acier, à faible teneur en carbone, après recuit, sont sujettes à la formation de craquelures d'étirage et au plissement aux tempé- ratures ambiantes lorsqudelles sont soumises à des opérations de fabrication; mais on peut éliminer ces inconvénients en ondu-
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lant ou étirant ces tôles, en commençant à une température su- périeure à 370. C, conformément à l'un ou l'autre des.procédés spécifiés ci-dessus.
Toutefois, dans le cas où une tôle ou bande a été soumise à une opération d'étirage à chaud, ou à une opé- ration d'ondulation à chaud , ou à toute autre opération qui a amené la matière à un état approprié pour sa fabrication, c'est- à-dire à un état quelconque où elle se laisse bien travailler, et où cette tôle ou bande est ensuite soumise à l'action de la chaleur à une température inférieurà, à 370'C, il est possible d'empêcher un retour du métal à son état initial en pliant ou ondulant oelui-oi à une température inférieure à 370 C. Ce fait permet d'étirer ou cnduler d'abord une tôle, en commen çant à une température supérieure à 370.
C, pour éliminer sa tendance au plissement ou à la formation de craquelures d'étirage, de faire passer ensuite le métal à travers un bain d'étamage ayant une température voisine de 320. C, et d'empêcher ensuite le métal, qui vient d'être chauffé à nouveau, de retourner à son état initial en le soumettant à une ondulation sur une série de rouleaux imnédiatement après qu'il est sorti dubain d' étamage.
La fig. 3 du dessin représente schématiquementun appareil appro- prié pour la réalisation de ce procédé.
Sur cette fig. 3, 30 désigne un laminoir d'étirage à froid, 31 un four continu de recuit, 32 une ouve renfermant un bain d'étamage et 33 une série de rouleaux, servant à mduler la tôle à sa sortie dubain d'étamage. On peut utiliser des .rouleaux 34 pour donner aux tôles, laminées à froid et reouites,une pas- se de serrage pour traiter les tôles, au moins partiellement,avant qu'elles pénètrent dans le bain d'étamage. Toutefois, ces rou-
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'W1><leaux 34 peuvent être laoés par un appareil à onduler,tel que représenté sur la fig. 1, ayant pour but de traiter complè- tement les tôles avant de les soumettre à l'opération d'étamage.
Comne il a déjà été mentionné , le passage de la tôle à travers le bain d'étamage produit son vieillissement très rapide et neu- tralise l'effet de tout traitement précédent destiné à supprimer
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sa tendance au plissement ou à la formation de craquelures d'éti- rage. Toutefois, l'ondulation,'de la tôle étamée, pendant qu'elle se trouve encore à une température d'environ 320* C, communique à nouveau au métal un état très satisfaisant, et le produit résul- tant est une tôle étamée possédant de bonnes propriétés d'étirage et n'ayant pas tendance au plissement ou à la formation de craque- lures d'étirage.
On n'a jusqu'ici fourni aucune explication satisfaisante de la production de craquelures d'étirage dans l'aoier à faible teneur en carbone, tandis que l'acier à forte teneur en oarbone, l'acier d'alliage, et d'autres métaux sont apparemnent exempts de oes craquelures d'étirage. On ne s'explique pas non plus pour- quoi elles ne se produisent pas à des températures plus élevées.
Une explication probable de ce fait est que, aux températures jugées nécessaires pour onduler à chaud des tôles recuites d'a- cier doux, à 385* C, le glissement dû au travail de la matière suivra presque exolusivement les limites des grains, de sorbe que tout travail effectué sur le métal à cette température agira sur
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la matière à la limite des grans et non sur la matière des grains eux-mêmes, de telle manière qu'une quantité importante de matière amorphe c'acoumulera entre les grains.
Si on,'continue alors à tra- vailler doucement le métal lorsque oelui-oi se refroidit,,la matiè- re amorphe sera non seulement empêohée de revenir à son état cris. tallin, mais il s'en formera davantage, et lorsque la matière soja froide, les grains seront tous enfermés dans une enveloppe de cette matière.
L' état, dans lequel les limites des grains d'un acier à grain fin sont soumises à des efforts et sont rendues plus ou moins amor- phes, sans que les grains eux-niâmes soient soumis à des efforts, est un état dit idéal pour le traitement subséquent du métal, car celui-ci se pliera ou s'étirera sans se plisser ou sans former de craquelures d'étirage, tandis qu'en même temps sa résistance et sa ductilité ne sont pas amoindries: On oomprendra toutefois que la
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théorie donnée ci-dessus est difficile, sinon impossible à démontrer de façon probante et n'est présentée que comme une explication possible de la nécessité, qui a été clairement démontrée, de suivre le procédé décrit pour atteindre lesrésul- tats désirés.
Lorsque la tôle est traitée par étirage, on peut constater qu'il est désirable de réaliser l'allongement en une série d'o- pérations au lieu de le faire en une seule opération. On réalise de préférence la première opération d'étirage pendant que la partie de la tôle soumise à une tension possède une température d'environ 400 C. Il n'y a pas de limite supérieure de tempéra- ture, mais on doit éviter des températures plus élevées,oar le métal est plus dur à traiter et s'oxyde également plus facile- ment. On peut effectuer la deuxième opération d'étirage avec le métal à une température d'environ 320* C, la troisième opéra- tion à 260 G, la quatrième à 200* C, et la cinquième à 150 C.
A chaque opération,le métal est allongé d'environ 1% de sa lon- gueur. Les opérations peuvent être effectuées par un seul passa- ge de la tôle successivement à travers quatre machines rotatives d'étirage. Il est évident que les températures mentionnées oi- dessus n'ont pas besoin d'être exactement respectées en prati- que, et qu'on peut aussi faire varier le nombre d'opérations d'étirage, comme on le juge désirable. Une tôle traitée de cet- te manière est oependant amenée dans un état excellent pour les opérations ultérieures de fabrication.
Il a également été constaté qu'on peut améliorer les pro- priétés des tôles étamées, de même que des tôles non étamées,par un étirage à chaud; on peut par suite utiliser,si on le désire, des machines à étirer au lieu de machines à onduler dans le trai- tement de la tôle après sa sortie du bain d'étamage.
Le traite- ment du métal,par travail de oelui-oi à des températures élevées pour supprimer sa tendance au plissement, n'a pas besoin d'être effectué lorsqu'il est possible d'achever direotement la fabrica- tion des pièces à partir des tôles ou analogues,à de telles tem-
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pératures, Ainsi, il est parfaitement possible de fabriquer cer- taines pièces (telles par exemple que des tuyaux en tôle) sans plissement du métal, à condition que oelui-oi soit maintenu à une température suffisamment élevée pendant sa fabrication de préférence à une température minimum de 370* C.
La présente invention peut également être utilisée d'une autre manière. Ainsi, en ohauffant à une température de 370* C ou au-dessus, une tôle ou bande recuite d'aoier doux enroulée sur un tambour ou analogue, on peut dérouler le métal du tambour sans qu'il se plisse,tandis que si le même métal était déroulé du tambour à la température ordinaire, il pourrait être fortement détérioré parla formation de plis. Il apparaîtra également à l'homme du métier que le procédé de traitement ou la fabrication du métal, pendant qu'il est chaud, peut être utile pour beaucoup d'autres opérations.
Il est bien entendu qu'on peut, sans s'éoarter du principe ni du oadre de l'invention, modifier considérablement les dispo- sitifs particuliers employés dans la réalisation du prooédé,pour adapter l'invention au traitement de tôles de diverses épaisseurs et compositions.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de traitement de tôles et analogues, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre les tôles à des efforts à des températures élevées (par exemple à 370 C et davantage;) pendant ou avant des opérations de façonnage, pour réduire la tendanoe des tôles au plissement ou à la formation de craquelures d'éti- rage.
2. Procédé suivant la revendioation 1, oaraot érisé en ce qu'on soumet les tôles à une ondulation, ou pliage dans des sens opposés, à des températures élevées (par exemple à 370. C et da- vantage).