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Procédé et appareillage pour l'obtention de tôles et de bandes par allongement en matrice.
La présente invention est relative à un procédé nouveau pour l'obtention de tôles et de bandes métalliques. Le procédé habituel de laminage, lorsqu'on l'applique à des tôles minces de grande largeur, se heurte à des difficultés typiques auxquelles on ne peut remédier qu'en utilisant un appareillage très complexe et coûteux.. La difficulté fondamentale vient de ce que l'on ne peut réduire le diamètre des cylindres de laminoirs en proportion à l'épaisseur de la matière. Par suite, pour des tôles minces, l'arc de contact devient très grand en comparaison de l'épaisseur des tôles. Ceci donne lieu à de fortes charges sur les cylindres et à de grandes déformations élastiques de ceux-ci, ce qui, fina- lement, limite la minceur de la tôle que l'on peut obtenir avec un laminoir donné.
Pour obtenir des arcs relativement courts sans réduire la rigidité du laminoir, on utilise pour des matières minces des laminoirs à quatre cylindres superposés; ils contien- nent des cylindres actifs de diamètre relativement faible, sou- /tenue par de grands cylindres d'appui. Ces laminoirs sont encom-
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brants et coûteux car la charge élevée supportée par les cy- lindres nécessite de fortes cages pour les cylindres, de grands cylindres et un certain nombre de paliers lourds.
On peut avoir des arcs de contact très courts et, par suite, de faibles charges en travail en étirant la matière dans des matrices au lieu de les laminer. Toutefois, le frottement élevé et ses conséquences empêchent l'application économique de ce procédé pour les tôles et les bandes.
On pourrait éviter des pertes en travail si l'on pou- vait réduire l'épaisseur de la bande par simple allongement. Tou- tefois, en pratique, on ne peut obtenir de cette façon que de faibles réductions car l'instabilité de l'allongement donne lieu rapidement à striction et rupture.
La présente invention est relative à un procédé nouveau pour l'obtention de tôles ou de bandes métalliques par réduction de matière de plus grande épaisseur, combinant les avantages des trois procédés ci-dessus, à savoir le laminage, l'étirage et l'allongement. L'invention porte également sur l'appareil néces- saire pour la mise en oeuvre de ce procédé que l'on appellera ci- dessous "allongement en matrice". Il consiste à étirer la bande dans une matrice tout en appliquant sur la matière, en amont de la matrice, une tension vers l'arrière ou une force de freinage qui peut être suffisamment grande pour maintenir la matière sous une tension qui n'est pas éloignée de sa limite d'élasticité.
Le procédé ressemble alors beaucoup à celui d'un al- longement ordinaire sauf en ce que la déformation est localisée dans la matrice et que l'on évite ainsi la formation de points faibles et de déchirures. Il est bien supérieur à plusieurs points de vue au laminage par étirage en particulier des variations de vitesse du dispositif de tension n'entraînant pas une rupture de la bande car on n'a pas les grandes masses mobiles des cylindres d'appui. En conséquence, on peut effectuer avec sécurité de plus ;fortes réductions.
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L'utilisation d'une tension quelconque à l'arrière présente des avantages par rapport au simple étirage sans cette tension, mais, pour obtenir tous les avantages du procédé selon l'invention, la tension arrière doit être telle que l'effort de traction sur la bande, en amont de la matrice, soit supérieure à 40 % de la limite d'élasticité, par laquelle on entend la force de traction produisant un allongement de 0,2%. Si cette condition est satisfaite, la pression sur les parois de la matrice devient si faible que les pertes par friction, avec un graissage appro- prié, sont comparables ou inférieures aux pertes correspondantes dans le laminage à froid.
Etant donné que l'on peut avoir un arc de contact très faible entre la bande et la matrice et que la matrice peut être très petite, la charge sur la matrice devient une faible fraction de celle correspondante au laminage et la cage de la matrice, pour le même degré de rigidité, est un grand nombre de fois plus légère et plus petite que la cage correspon- dante du laminoir . Le prix de l'appareillage est réduit plus qu' en proportion de son poids étant donné qu'il n'est pas nécessai- re d'avoir des paliers robustes pour les cylindres d'appui.
On a représenté schématiquement un type d'appareil selon l'invention, permettant la mise en oeuvre de ce procédé d'allongement en matrice, sur le dessin annexé dans lequel;
La figure 1 est une vue de côté de l'appareil.
La figure la représente un détail à plus grande échelle.
La figure 2 représente l'appareil en plan.
La figure 3 est une vue en élévation, en bout, de la cage de la matrice.
La figure 3a représente un détail à plus grande échelle.
Sur les figures 1 et 2, la bande à réduire est enrou- lée sur un tambour 4. De là, la bande 5 passe sur un galet de guidage fou 6, autour d'une partie du pourtour du galet tendeur 7 et sur un deuxième galet de guidage 8, pour aller à la matrice 9.
De l'autre côté de celle-ci, la bande 5 passe sur un galet de gui-
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dage 10, autour du galet tendeur 11 et sur un autre galet de guidage 12 pour aller au tambour d'enroulement 13 sur lequel la bande se bobine. Les galets de guidage et tendeurs et les tam- bours d'enroulement sont disposés symétriquement de part et d' autre de la matrice, de sorte que l'on peut inverser le sens du déplacement de la bande et effectuer des passes successives dans la même matrice, comme on le verra plus loin.
Le galet tendeur arrière 7 et le galet tendeur avant
11 sont accouplés mécaniquement l'un à l'autre et à un moteur électrique commun 14 afin de maintenir dans un rapport donné les vitesses périphériques des deux galets tendeurs et ainsi les vitesses de déplacement de la bande sur les côtés d'entrée et de sortie de la matrice. L'arbre 15 du moteur est en prise d'entrai- nement par cannelures ou autrement avec un arbre 16 ayant même axe et pouvant se déplacer longitudinalement, L'arbre 16 porte deux paires de roues dentées d'angle 17, 18 et 19, 20, venant en prise, respectivement, avec des roues d'angle 21, 22 et 23, 24 calées sur les arbres 25 et 26 des galets tendeurs.
Lorsque l'ar- bre 16 est dans la position représentée, avec les roues 17,21 et
19, 24 en prise, les galets tendeurs tournent dans le sens qui fait avancer la bande 5 du tambour 4 vers le tambour 13, la vi- tesse de rotation du galet tendeur d'aval 11 dépassant celle du galet tendeur d'amont 7, d'une quantité, par exemple 25%, corres- pondant à la réduction à effectuer. En déplaçant l'arbre 16 vers la gauche, les roues 17,21 et 19, 24 cessent d'être en prise et les roues 18, 22 et 20, 24 se mettent en prise. Les galets ten- deurs tournent alors en sens inverse de manière à ramener la bande du tambour 13 au tambour 4, le galet 7, qui est alors le galet tendeur d'aval, ayant une plus grande vitesse que le galet 13 qui est alors le galet tendeur d'amont.
L'utilisation de dispositifs tendeurs de la bande, dis- tincts des tambours sur lesquels elle s'enroule, permet de mainte- nir sans difficulté le rapport de vitesse désiré de la bande à l'en-
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trée et à la sortie de la matrice. Si l'on utilisait les tambours eux-mêmes pour exercer une tension sur la bande, il faudrait une transmission de réglage relativement compliquée pour compenser les variations continuelles des diamètres des bobines pendant que la bande passe d'un tambour à l'autre. L'accouplement mécani- que direct des deux galets tendeurs évite les inconvénients qui se produiraient en reliant les deux galets à des moteurs séparés, le moteur du galet tendeur d'amont fonctionnant comme génératri- ce.
Si l'on adoptait cette dernière disposition, de légères fluc- tuations du couple pourraient donner lieu à déchirure de la ban- de si la tension était voisine de la limite d'élasticité et, en outre, la fraction du travail de traction arrière régénérée serait relativement faible. En accouplant directement les galets ten- deurs, on maintient un rapport de vitesse constant et l'on ne perd que quelques pourcents du travail de traction arrière. Etant donné que les galets tendeurs ne réduisent pas l'épaisseur de la matière, la pression qu'ils ont à exercer et, par suite, leur poids et la capacité de leurs paliers sont beaucoup de fois plus petitesque les valeurs correspondantes pour un laminoir.
La matrice comporte des becs séparés, supérieur 27 et inférieur 28, en acier, carbures métalliques ou autres matières dures. Le bec inférieur 28 est porté par un bloc 29, monté, de façon fixe, dans la cage de la matrice. Le bec supérieur est por- té par un bloc 30, mobile verticalement dans la cage et que l'on peut pousser vers le bec inférieur par un système à vis 31.
La quantité d'allongement effectuée à chaque passe est déterminée par les rapports des roues dentées de l'accouplement mécanique entre les galets tendeurs 7 et 11 et il faut régler de façon correspon- dante, entre des limites très rapprochées, la distance qui sépare les faces opposées des becs de la matrice; un réglage incorrect de celle-ci pourrait faire qu'il se produise un allongement à l'extérieur de la matrice ou une augmentation excessive de la @
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pression de la matrice. Il est difficile de mesurer directe- ment l'ouverture de la matrice avec l'exactitude nécessaire, mais on peut obtenir un réglage correct en mesurant et réglant la force avec laquelle les becs opposés de la matrice sont serrés contre la bande.
En conséquence, il est prévu un appareil élec- trique 32, de mesure de la charge entre chacune des vis 31 et le porte-matrice. Au commencement de chaque passe, tandis que la bande tourne à faible vitesse, on règle les vis 31 de manière à appliquer le bec supérieur de la matrice dans la bande, jusqu' à ce que la charge appliquée atteigne la valeur voulue. On ef- fectue alors le restant de la passe avec une ouverture de ma- trice fixe. On peut amener la bande à l'épaisseur finale dési- rée dans une passe de finissage dans laquelle la réduction effec- tuée est faible et la tension arrière est maintenue à une fai- ble valeur ou est complètement supprimée en débrayant le dispo- sitif tendeur d'amont d'avec le moteur.
Afin de maintenir constante l'épaisseur de la bande sur toute sa largeur, le bec supérieur 27 est monté dans son bloc de support 30 de manière à pouvoir fléchir légèrement et il est prévu un certain nombre de vis de réglage indépendantes 33, ré- parties sur la longueur du bec pour donner à celui-ci la cambrure nécessaire pour que les faces actives des becs soient parallè- les pendant le fonctionnement. On a représenté sur le dessin quatre de ces vis de réglage 33, mais on peut évidemment en faire varier le nombre suivant les besoins. Il est évident également qu'il peut être prévu un dispositif cambreur de construction ana- logue pu autre pour le bec inférieur de la matrice, en plus ou à la place du dispositif du bec supérieur.
Les porte-matrice 29 et 30 comportent des alésages longitudinaux 34 et 35 respectivement, qui communiquent par des passages prévus dans la cage de la matrice, avec des tuyaux d'a- limentation en liquide et d'évacuation 36 et 37. On fait circu- ler dans ces alésages de l'eau, de l'huile ou un autre liquide
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pour refroidir les becs de matrice. On peut encore refroidir la matrice au moyen d'un courant d'air ou par pulvérisation de liqui- de ou toute la matrice peut être plongée dans un liquide.