"Cage de laminoir pour laminage hélicoïdal"
Inventeurs : Alexandr Ivanovich TSELIKOV,
<EMI ID=1.1>
Serafim Porfirievich HILJUTIN,
Evgeny Ilich LEVIN,
<EMI ID=2.1>
Viktor Ivanovich BYKASOV,
Anatoly Nikolaevich SOROKIN,
Alexei Stanislavovich BULKIN.
La présente invention concerne le domaine du travail des métaux par déformation et a notamment pour
objet une cage de laminoir pour laminage hélicoïdal.
Il est plus avantageux d'appliquer la présente invention à la production de corps de révolution, de préférence ceux de petit diamètre, par exemple de 70 à 30 mm de diamètre, à partir d'ébauches pleines ou creuses.
A l'heure actuelle, le problème urgent à résoudre est celui de la création de nouveaux dispositifs de déformation pouvant être utilisés d'une manière efficace dans
les usines métallurgiques de faible puissance. Les plus avancés de ces dispositifs doivent assurer le travail par déformation avec un haut taux de déformation du métal par cycle de réduction. Parmi les dispositifs de déformation
qui permettent d'effectuer un haut taux de déformation par cycle de réduction figurent les laminoirs pélerins, les laminoirs planétaires, par exemple le laminoir de Sendzimir, les machines de forgeage radial. L'inconvénient commun de ces machines est la discontinuité (le caractère discret)
des opérations de déformation. On connaît des dispositifs qui permettent d'effectuer le processus de déformation d'une manière continue, par exemple des laminoirs, en particulier des laminoirs pour laminage hélicoïdal dont les cages, pendant la déformation, communiquent à l'ébauche un mouvement rotatif et un mouvement longitudinal. Pour mettre l'ébauche en mouvement longitudinal, on dispose les cylindres dans
la cage de laminoir de façon que les axes de l'ébauche (ou de laminage) et des cylindres forment des droites se croisant entre elles; il se forme alors une composante de la vitesse circonférentielle des cylindres projetée sur la direction de l'axe de laminage et qui détermine essentiellement la vitesse du mouvement de translation du métal.
La valeur de cette composante dépend de l'angle dit "angle d'avance",. c'est-à-dire du cosinus de guidage correspondant entre le vecteur de la vitesse circonférentielle du cylindre et la direction de l'avance.
Toutefois, un certain nombre d'inconvénients de cette conception empêchent la réalisation du laminage à
une grande vitesse de.déformation et avec un rendement élevé sur des laminoirs pour laminage hélicoïdal. Les laminoirs connus ne permettent pas d'effectuer le laminage des ébauches dans une plage de grands angles d'avance '" , par exemple dans la plage de 10 à 30[deg.]. Du fait qu'il n'existe actuellement aucune construction rigide de cage de cylindres de laminoir pour laminage hélicoïdal, on n'a pas encore réussi à obtenir de hauts taux de déformation de l'ébauche et d'assurer la production de laminés d'un diamètre imposé avec une plage étroite des tolérances.
On connaît une cage de laminoir trio pour laminage hélicoïdal pour la production de corps de révolution à profil variable (cf. l'ouvrage "Troudy VNIIMETMACH, recueil N[deg.] 3, édition M., 1971, page 22, figure 17). Dans cette cage à cylindres, trois barres de guidage sont disposées
de manière que leurs axes forment avec l'axe de laminage des angles de 45[deg.] et que leurs projections sur le plan perpendiculaire à l'axe de laminage forment entre elles
des angles de 120[deg.]. Suivant ces barres glissent des fourreaux accouplés cinématiquement l'un à l'autre et liés à deux vérins de commande qui assurent le rapprochement des cylindres et à deux vérins de commande qui assurent leur écartement. Chaque fourreau porte un corps qui peut être tourné par rapport audit fourreau à l'aide de vis de réglage pour déplacer l'axe de la broche par rapport à l'axe de laminage. Dans chaque corps, la broche est montée de
manière à pouvoir tourner autour de son axe longitudinal,
de se déplacer dans le sens longitudinal et de rouler par rapport à un axe parallèle à l'axe de la broche. Du côté
de la zone de laminage, chaque broche forme un assemblage rigide avec le cylindre, dont l'axe géométrique coïncide
avec l'axe géométrique de la broche. La surface de déformation du cylindre est de forme conique. L'axe géométrique du cylindre forme avec l'axe de laminage des droites s'entre-
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étant identique pour chaque cylindre. Dans un plan normal
à l'axe de laminage, les angles entre les projections de chacun des axes des cylindres sont égaux à 120[deg.]. Chaque cylindre est mis en rotation par l'intermédiaire d'un
couple de pignons cylindriques, dont l'un est fixé sur la broche tandis que l'autre est calé sur l'arbre d'entraînement logé à l'intérieur de la barre de guidage. L'axe de l'arbre coïncide avec l'axe de la barre. Les trois arbres d'entraînement sonttous liés à un pignon conique central à l'aide de pignons coniques. Deux arbres d'entraînement sont liés aux moteurs électriques. Le troisième arbre est mis en rotation par le pignon conique central.
Dans cette conception connue de la cage, il est impossible de positionner les broches d'une manière rigide du fait que leurs corps tournent par rapport aux fourreaux. Cet inconvénient conduit à une baisse de la précision des valeurs des diamètres des pièces laminées, c'est-à-dire à l'obtention de pièces avec une large plage de tolérances. La conception considérée de la cage n'assure qu'une petite variation de la distance la plus courte entre les droites qui se croisent. Cet inconvénient ne permet pas de réaliser
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autrement dit, à de hautes vitesses et avec un taux élevé de déformation de l'ébauche.
On connaît aussi un laminoir pour laminage hélicoïdal (cf. le brevet des Etats-Unis d'Amérique
N[deg.] 3 132 545), dont la cage comporte un corps monolithe. Trois broches sont montées dans des alésages cylindriques dudit corps de manière qu'elles puissent tourner autour de son axe longitudinal et se déplacer dans le sens longitudinal. Chacune des broches forme du côté de la zone de laminage un assemblage rigide avec un cylindre, dont l'axe géométrique coïncide avec l'axe géométrique de la broche, et avec l'axe de laminage des droites entrecroisées. La surface de déformation du cylindre est de forme conique. L'angle entre les droites entrecroisées est d'une même valeur pour chaque cylindre. Dans un plan normal à l'axe de laminage, les
angles entre les projections de chacun des axes des
cylindres sont égaux à 120[deg.]. Les broches avec les cylindres sont mis en rotation autour de leur propre axe longitudinal
à l'aide de pignons hypoides, dont chacun est calé sur la broche et en prise avec le pignon d'entraînement central. Dans la cage réalisée selon la conception décrite ci-dessus, la distance la plus courte entre les droites entrecroisées, c'est-à-dire entre l'axe géométrique du cylindre et l'axe
de laminage a une valeur constante. La transmission par couple hypoïde limite et, plus précisément, diminue la
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la valeur de la distance la plus courte "e" entre les droites
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et "e" dans la cage de laminoir pour laminage hélicoïdal est
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par conséquent, cette diminution provoque une diminution du taux de déformation de l'ébauche.
Pendant le laminage des pièces dans la cage considérée, le rapport des rayons du cylindre et du laminé suivant la zone de déformation reste constant. Il est bien clair qu'en utilisant un seul jeu de cylindres on ne peut laminer que des pièces d'un même diamètre. Quand il faut modifier le diamètre de la pièce à laminer, il est indispensable de remplacer les cylindres. Cette solution technique entraîne une augmentation du nombre de remplacements des cylindres pendant l'utilisation du laminoir, ce qui baisse le rendement du laminoir.
On s'est donc proposé de mettre au point une cage de laminoir pour laminage hélicoïdal, dont la conception permettrait de positionner les cylindres avec un grand
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du laminoir et de réaliser le laminage avec un haut taux
de déformation des ébauches.
Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'une cage pour laminage hélicoïdal dans le corps de laquelle sont montées trois broches de manière à pouvoir tourner autour de leur axe longitudinal et se déplacer longitudinalement, chacune desdites broches formant, du côté de la zone de laminage, un assemblage rigide avec un cylindre dont la surface de déformation est de forme conique et dont l'axe géométrique coïncide avec l'axe géométrique de la broche et forme avec l'axe de laminage des droites entrecroisées
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valeur pour chaque cylindre, et les angles entre les projections de chacun des axes des cylindres dans un plan normal à l'axe de laminage sont égaux à 120[deg.], caractérisé, selon l'invention, en ce que la distance la plus courte entre les droites entrecroisées est comprise entre environ 0,6 fois et environ 1,0 fois le rayon maximal de la section transversale minimale de la surface de déformation du cylindre, ledit rayon maximal étant choisi de manière à assurer l'absence de contact entre les surfaces de déformation des cylindres.
L'analyse des paramètres géométriques de la zone
de déformation dans la cage de laminoir pour le laminage hélicoïdal (cf. l'ouvrage "Théorie du laminage transversal hélicoïdal", publié en 1977, page 368) a fait apparaître que, lorsque la distance la plus courte "e" entre les droites
/ entrecroisées des axes des cylindres et l'axe de laminage est égale au rayon maximal R de la section transversale minimale de la surface de déformation du cylindre, il se forme le calibre le plus petit possible entre les cylindres, ce qui correspond au diamètre le plus petit possible du laminé; au moyen de ce calibre minimal on obtient l'angle
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Pour une forme conique donnée du cylindre et pour les valeurs précitées de la distance "e" et du rayon R le long de la
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sections transversales courantes du cylindre atteignent leurs valeurs maximales. Comme on l'a déjà mentionné,
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composante de la vitesse circonférentielle du cylindre dans la direction de l'axe de laminage. Il s'ensuit qu'en choisissant, conformément à l'invention, une distance la
plus courte possible entre les droites entrecroisées, égale approximativement au rayon maximal de la section transversale minimale de la surface de déformation du cylindre, choisi
de manière à assurer l'absence de contact entre les surfaces de déformation des cylindres, on assure,le long de la zone
de déformation et pour une forme conique donnée des cylindres,
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vitesse circonférentielle des cylindres dans la direction de l'axe de laminage atteignent leurs valeurs maximales, et par conséquent, le laminage s'effectue à une vitesse maximale et avec le rendement le plus élevé.
Quand e > 1,0 R, on ne peut pas obtenir le diamètre minimal imposé du laminé, du fait que les surfaces de déformation des cylindres se touchent et que, de plus,
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Quand e < 0,6 R, le calibre minimal des cylindres
(ou le diamètre minimal du laminé) augmente, et les angles <EMI ID=15.1> ainsi que le rendement du laminoir. Quand la distance la plus courte "e" entre les droites entrecroisées est d'environ 0,6 à environ 1,0 R, on obtient une petite modification dudit calibre le plus petit possible des cylindres, c'est-à-dire du diamètre du laminé, et on assure, le long de la zone de déformation,
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sections transversales courantes du cylindre, par exemple
de 10 à 30[deg.]. Dans ce cas, l'augmentation des angles d'avance entraîne une augmentation de la valeur des composantes des vecteurs des forces de frottement projetées sur la direction du laminage et des conditions favorables se créent dans la zone de déformation qui permettent d'effectuer le laminage des ébauches avec un plus haut taux de déformation (ou avec une plus grande réduction). La production de pièces dans
la cage de laminoir de laminage hélicoïdal à taux élevé
de déformation des ébauches de départ (l'étirage X atteint 5 à 15), permet de réduire notablement le nombre de cycles de déformation et d'élargir, par cela même, les possibilités technologiques de la cage de laminoir pour laminage hélicoïdal: en particulier, on peut produire une même pièce
à partir d'ébauches de différents diamètres.
Il est recommandé que chaque cylindre, côté broche, soit réalisé avec une rainure longitudinale frontale en T
et que dans chaque broche soit montée coaxialement une barre dont une extrémité en T coopère avec la rainure en T du cylindre et dont l'autre extrémité filetée coopère avec un écrou à la périphérie duquel sont pratiqués des orifices filetés, dans au moins deux desquels sont vissées des vis coopérant chacune par leurs faces en bout avec la broche, et que l'assemblage rigide du cylindre avec la broche,
côté zone de laminage, soit réalisée sous forme d'un assemblage à clavette.
Ce mode de réalisation de l'assemblage de chacun des cylindres avec sa broche assure un remplacement rapide des cylindres, ce qui augmente le temps utile de travail du laminoir et contribue à l'élévation de son rendement.
Le fait que la barre soit montée coaxialement sans la broche simplifie la technologie de fabrication de cette dernière et contribue à la suppression du gauchissement des surfaces du cylindre et de la broche qui abaisse la qualité de la surface du laminé.
En outre, le fait que la barre soit réalisée avec une extrémité filetée coopérant avec un écrou permet d'appliquer la face du cylindre contre la face de la broche avec un effort capable de supprimer le gauchissement desdites faces résultant de la présence d'un jeu technologique dans l'assemblage du cylindre et de la broche sous l'action des efforts de laminage.
En montant dans les orifices taraudés de l'écrou des vis dont les faces en bout coopèrent avec la broche,
on améliore la sécurité du blocage dudit assemblage fileté et on élève la qualité de la surface du laminé.
La cage de laminoir de laminage hélicoïdal exécutée selon la présente invention et dans laquelle la distance entre les droites entrecroisées est la plus courte
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égal à 50[deg.], produit des pièces de 30 à 70 mm de diamètre à partir d'ébauches de 100 mm de diamètre à une vitesse de déplacement longitudinal allant jusqu'à 0,8 m/s, et à une vitesse de rotation des cylindres autour de leur axe allant jusqu'à 200 tr/mn.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation non limitatif donné à titre d'exemple avec références aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente d'une manière schématique une cage de laminoir pour laminage hélicoïdal conforme à l'invention, vue du côté sortie du laminé, suivant la flèche A de la figure 2; -7
- la figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de la figure 1 .
La cage de laminoir pour laminage hélicoïdal exécuté selon l'invention comporte un corps monolithe 1 (figure 1) à trois alésages cylindriques dans chacun desquels est monté un corps 2 susceptible de déplacement longitudinal. Une broche 3 (figure 2), disposée concentriquement dans chacun des corps 2, forme, du côté de la zone de laminage, un assemblage rigide avec un cylindre 4 dont l'axe géométrique coïncide avec l'axe géométrique de la broche 3 et forme avec l'axe de laminage "a-a" des droites entrecroisées.
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est sensiblement de même valeur pour chacun des cylindres.
Dans le plan normal à l'axe de laminage, les angles entre les projections de chacun des axes de cylindre sont sensiblement égaux à 120[deg.] (figure 1). La distance la plus courte "e" entre les droites entrecroisiées est d'environ 0,6 fois à environ 1 fois le rayon maximal R du cylindre 4 correspondant à la section transversale minimale de la surface de déformation dudit cylindre, ledit rayon étant choisi de manière que les surfaces des cylindres ne se touchent pas. La forme de la surface de déformation de chacun des cylindres est conique. Chaque broche 3 (figure 1) est montée dans le corps 2 avec possibilité de tourner autour de son propre axe longitudinal sur des paliers de roulement 5 et 6 entre lesquels se trouve une douille d'entrecroisement 7.
Le palier 5 est bloqué sur le corps 2 par l'écrou 8 et le palier 6 est immobilisé sur la broche par un écrou 9, ce qui assure l'assemblage de ladite broche audit corps. Des garnitures d'étanchéité 10 serrées par un chapeau 11 protègent les paliers 5 et 6 contre l'eau de refroidissement des cylindres et les battitures ou écailles de métal chaud des ébauches. Une clavette 12 empêche le corps 2 de tourner par rapport au corps 1. Une rainure longitudinale en T 13 est pratiquée sur la face de chaque cylindre qui est orientée vers la broche correspondante.
Dans chaque broche 3, est montée coaxialement une barre 14 à extrémité en T coopérant avec la rainure en T 13 du cylindre. L'autre extrémité 15 de la barre 14 est filetée et coopère avec un écrou 16. A la périphérie dudit écrou sont pratiqués des orifices taraudés. Des vis 17 sont vissées au moins dans deux desdits orifices. Les faces respectives de chacune des vis 17 et l'écrou 16 coopèrent avec la broche 3. L'assemblage rigide du cylindre 4 à la broche 3, côté laminage, est assuré par des clavettes 18 et 19. En appliquant de faibles couples de torsion aux vis 17 , on assure un
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l'assemblage du cylindre 4 avec la broche 3. Pour assurer
un remplacement aisé des cylindres, on a monté ces derniers
sur les broches par assemblage mobile.
La face du cylindre 4 est serrée contre la face de la broche 3 par la barre 14 et l'écrou 16 avec un effort excluant le gauchissement desdites faces sous l'action des efforts de laminage, résultant du jeu technologique dans l'assemblage cylindre-broche. L'assemblage rigide de la barre 14 avec la broche 3 se fait à l'aide d'une clavette 20.
Chacune des commandes 21 (figure 1) mettant la
broche 3 (figure 2) en mouvement longitudinal comporte un moteur électrique 22 (figure 1) et un réducteur à vis sans
fin 23. Les moteurs électriques 22 sont reliés électriquement l'un à l'autre. L'arbre du moteur 22 est lié à une vis sans
fin 24 (figure 1) en prise avec une roue tangente 25. Une clavette 26 lie la roue 25 à une vis creuse 27 qui est montée coaxialement à la broche et qui l'enveloppe. Une vis 27 est montée entre les paliers de roulement 28 et 29. Pour résister aux efforts axiaux engendrée au cours de la déformation de l'ébauche, on a prévu un flasque 30 fixé par des vis (non représentées) sur le corps 1. Dans l'alésage du flasque, est monté de manière immobile un écrou 31 fileté intérieurement
et entrant en prise avec le filetage de la vis creuse 27.
d Plusieurs ressorts 32 montés dans l'écrou 31 servent à rattraper le jeu dans l'assemblage fileté de la vis 27 et
de l'écrou 31. Les ressorts 32 sont appliqués contre l'écrou 31 par un écrou 33 en prise avec la vis 27. Pour
le blocage de l'écrou 33 sont prévues des vis (non représentées). Pourrattraper le jeu dans le palier de roulement 28,
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la vis 27 du côté orienté vers le palier de roulement 29. L'élément élastique 34 est exécuté sous forme d'un ressort
à plateau. Une douille d'entraînement 34 est montée entre
le palier de roulement 29 et l'élément élastique 34. Le palier 29 est fixé sur la broche par un écrou 38 par l'intermédiaire d'une rondelle 37. Le palier de roulement 28 est monté dans le moyeu d'une roue dentée cylindrique 38 et bute contre la face en bout de la vis 26. La roue dentée 38 calée sur la broche 3 par une clavette 39 et mise en prise avec un pignon 40 sert à mettre la broche 3 en rotation autour de son propre axe longitudinal. Le pignon 40 est rendu solidaire de l'arbre 41 par une clavette 42. L'arbre 41 est monté sur les paliers de roulement 43 et 44. Une roue dentée conique 45 est rigidement montée sur l'arbre 41 et est en prise avec le pignon conique 46. L'arbre 41 portant le pignon 40 et la roue dentée _conique 45 est logé dans l'alésage cylindrique 41 du corps 1.
Le palier 43 est logé dans le corps 1, et le palier 44, dans la douille 48 fixée sur le corps 1 par des vis (non représentées). Le pignon conique 46 est monté sur une douille creuse 49 par l'intermédiaire de paliers de roulement 50 entre lesquels est placée une douille d'entrecroisement 51. Le pignon conique 46 est exécuté d'une seule pièce avec la roue dentée cylindrique 52 en prise avec un pignon d'entraînement 53 dont l'arbre 54 est destiné à être accouplé à l'arbre d'un moteur électrique
(non représenté)-. Les paliers de roulement 50 sont fixés sur la douille creuse 49 à l'aide d'un écrou 55 et d'un épaulement 56 prévu sur la douille creuse 49. Pour le montage
/ aisé du pignon conique 46 avec la roue 52, on a prévu un chapeau 57 fixé sur le corps 1 par des vis (non représentées). La douille 49 est fixée rigidement dans le chapeau 57. Dans ladite douille 49 est montée une douille creuse 58 à l'intérieur de laquelle. est disposé coaxialement un corps creux 59. Ce corps 59 est logé dans la douille creuse 58
de façon que la paroi extérieure du corps 59 et la paroi intérieure de la douille 59 forment une enceinte 60 recevant l'eau de refroidissement. L'ébauche 62 arrive à travers une ouverture 61 du corps 59. Le pignon d'entraînement 53 se trouvant sur le corps 1 est protégé par un chapeau 63
(figure 2) .
La cage de laminoir pour laminage hélicoïdal conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante. Avant de procéder au laminage, on règle les cylindres 4
(figure 1) au diamètre requis de la pièce à obtenir. Ce réglage des cylindres 4 se fait par déplacement longitudinal des broches 3 dans le sens de la flèche "b" à l'aide des commandes 21 (figure 2). A partir de l'arbre de chaque
moteur électrique 22, la rotation est transmise à la vis
sans fin 24 (figure 1) en prise avec la roue tangente 25.
La rotation est ensuite transmise de la roue 25 à la vis creuse 27 qui, en coopérant avec l'écrou 31, se déplace et met la broche 3 et le cylindre 4 associé en mouvement longitudinal par l'intermédiaire du palier de roulement 28. Les cylindres 4 sont mis en rotation autour de leur axe longitudinal par un moteur électrique accouplé à l'arbre 54 dont la rotation est transmise au pignon 53 en prise avec
la roue dentée 52. Le pignon conique 46 en prise avec la
roue conique 45 tourne conjointement avec la roue dentée 52. La rotation de la roue 45 se transmet au pignon cylindrique 40 en prise avec la roue dentée 38. La rotation de la roue 38 est transmise à la broche 3 solidaire du cylindre 4. Etant donné que l'axe géométrique de chaque cylindre 4 forme avec l'axe de laminage "a-a" des droites entrecroisées, que la
fil distance la plus courte "e" entre celles-ci est comprise
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est choisi dans les limites de 30 à 60[deg.], il apparaît, pendant la rotation du cylindre 4, des composantes du vecteur de la vitesse circonférentielle du cylindre, le vecteur de l'une de ces composantes coïncidant avec la direction du laminage et mettant l'ébauche 62 en mouvement longitudinal, tandis que le vecteur de l'autre composante est sensiblement perpendiculaire à la direction du laminage et imprime à l'ébauche 62 un mouvement de rotation. La distance la plus
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par exemple de 10 à 30[deg.] dans les sections transversales courantes du cylindre suivant la longueur de la zone de
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permettent d'effectuer le laminage à une grande vitesse,
ce qui assure un haut rendement du laminoir et augmente
les valeurs des composantes des vecteurs des forces de frottement suivant la longueur de la zone de déformation,
ce qui permet d'effectuer le laminage avec un taux de déformation plus élevé.
Pour obtenir des pièces de plus grand diamètre,
on règle les cylindres 4 en déplaçant les broches 3 longitudinalement suivant la flèche "c" à l'aide des commandes 21 (figure 2) de la manière exposa ci-dessus.
Toutefois, on inverse la rotation de l'arbre du moteur 22 et, par suite de la coopération de l'écrou 31 avec la vis 27, celle-ci agit par l'intermédiaire d'une douille 35 sur le palier 29, qui transmet l'effort axial par l'intermédiaire de la rondelle 37 à l'écrou 36 formant un assemblage fileté avec la broche 3, de sorte que celle-ci
se déplace longitudinalement suivant la flèche "c".
En positionnant chacune des broches 3 et son cylindre associé dans le corps 1 de la cage de façon que leurs axes forment avec l'axe de laminage des droites
-1 s'entrecroisant sous un angle Il 6 " compris dans la plage
de 30 à 60% et que la plus courte distance "e" entre lesdites droites soit comprise entre environ 0,6 fois et 1,0 fois le rayon maximal R de la section transversale minimale de la surface de déformation du cylindre, ladite distance étant choisie de manière que les surfaces de déformation des cylindres ne se touchent pas, on assure un
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plage de 10 à 30[deg.], ce qui permet d'obtenir une plus grande vitesse de déplacement de l'ébauche 62 dans la direction de l'axe de laminage "a-a" et, par conséquent, un plus grand rendement. Ces particularités de la conception de la cage
de laminoir élargissent les possibilités technologiques
de celle-ci et permettent en particulier d'effectuer le laminage avec un grand taux de déformationdu métal, assurant une rigidité élevée de la cage grâce à la conception monolithe de son corps 1, et grâce au fait que les broches 3 avec leurs paliers de roulement 5 et 6 et leurs mécanismes
de déplacement longitudinal sont montés dans des alésages dudit corps monolithe 1, ainsi que la possibilité d'utiliser des paliers de roulement 5 et 6 dont les dimensions sont
plus grandes grâce au fait qu'ils sont montés dans le bâti
de la cage sous un angle de croisement de 30 à 60[deg.].
La rigidité de la cage à cylindres est améliorée grâce à l'assemblage revendiqué du cylindre avec la broche
et au rattrapage des jeux dans le couple écrou 31-vis creuse 27 et dans le palier de roulement 28. Grâce à la plus grande rigidité de la cage et au laminage des ébauches avec un
plus grand taux de déformation du métal, on obtient des pièces finies avec des tolérances comprises dans une plage étroite.
REVENDICATIONS
1.- Cage de laminoir pour laminage hélicoïdal, du type comportant un corps (1) dans lequel sont montées trois broches de manière à pouvoir tourner autour de leur propre axe et se déplacer longitudinalement, lesdites broches étant chacune, à leur extrémité orientée vers la zone de laminage, assemblées rigidement à des cylindres de laminage respectifs
(4) dont la surface de déformation est de forme conique et dont les axes géométriques respectifs coïncident avec l'axe géométrique de la broche correspondante et forment avec l'axe de laminage des droites s'entrecroisant sous un
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cylindres, les angles entre les projections de chacun
desdits axes de cylindre dans un plan normal à l'axe de laminage étant égaux à 120[deg.], caractérisée en ce que la distance la plus courte entre les droites entrecroisées précitées est comprise dans une plage d'environ 0,6 fois à environ 1,0 fois le rayon maximal de la section transversale minimale de la surface de déformation du cylindre (4), ce rayon étant choisi de manière à assurer l'absence de contact entre les surfaces de déformation des cylindres (4).
"Roll stand for helical rolling"
Inventors: Alexandr Ivanovich TSELIKOV,
<EMI ID = 1.1>
Serafim Porfirievich HILJUTIN,
Evgeny Ilich LEVIN,
<EMI ID = 2.1>
Viktor Ivanovich BYKASOV,
Anatoly Nikolaevich SOROKIN,
Alexei Stanislavovich BULKIN.
The present invention relates to the field of metal working by deformation and in particular has
object a rolling stand for helical rolling.
It is more advantageous to apply the present invention to the production of bodies of revolution, preferably those of small diameter, for example 70 to 30 mm in diameter, from solid or hollow blanks.
At present, the urgent problem to be resolved is that of the creation of new deformation devices which can be used effectively in
low-power metallurgical plants. The most advanced of these devices must work by deformation with a high rate of deformation of the metal per reduction cycle. Among the deformation devices
which allow a high rate of deformation to be carried out per reduction cycle include pilgrim rolling mills, planetary rolling mills, for example the Sendzimir rolling mill, radial forging machines. The common disadvantage of these machines is the discontinuity (the discrete character)
deformation operations. Devices are known which allow the deformation process to be carried out continuously, for example rolling mills, in particular rolling mills for helical rolling, the cages of which, during the deformation, communicate a rotary movement and a movement to the blank. longitudinal. To put the blank in longitudinal movement, the cylinders are placed in
the rolling mill stand so that the axes of the preform (or rolling) and of the rolls form straight lines crossing each other; a component is then formed of the circumferential speed of the rollers projected onto the direction of the rolling axis and which essentially determines the speed of the translational movement of the metal.
The value of this component depends on the angle known as the "advance angle". that is to say of the corresponding guiding cosine between the vector of the circumferential speed of the cylinder and the direction of advance.
However, a number of drawbacks of this design prevent the carrying out of rolling to
a high speed of deformation and with a high yield on rolling mills for helical rolling. The known rolling mills do not allow the rolling of the blanks in a range of large feed angles ", for example in the range of 10 to 30 [deg.]. Because there is currently no construction rigid rolling mill roll cage for helical rolling, we have not yet succeeded in obtaining high rates of deformation of the blank and ensuring the production of laminates of an imposed diameter with a narrow range of tolerances.
A trio rolling mill cage is known for helical rolling for the production of bodies of revolution with variable profile (cf. the work "Troudy VNIIMETMACH, collection N [deg.] 3, edition M., 1971, page 22, figure 17) In this cylinder cage, three guide bars are arranged
so that their axes form angles of 45 [deg.] with the rolling axis and that their projections on the plane perpendicular to the rolling axis form between them
angles of 120 [deg.]. Next these bars slide sleeves kinematically coupled to each other and linked to two control cylinders which ensure the approximation of the cylinders and two control cylinders which ensure their spacing. Each sleeve carries a body which can be turned relative to said sleeve using adjusting screws to move the axis of the spindle relative to the rolling axis. In each body, the spindle is mounted
so that it can rotate around its longitudinal axis,
to move in the longitudinal direction and to roll with respect to an axis parallel to the axis of the spindle. On the side
of the rolling zone, each spindle forms a rigid assembly with the cylinder, the geometric axis of which coincides
with the geometric axis of the spindle. The deformation surface of the cylinder is conical. The geometric axis of the cylinder forms with the rolling axis of the straight lines
<EMI ID = 3.1>
being identical for each cylinder. In a normal plane
at the rolling axis, the angles between the projections of each of the axes of the rolls are equal to 120 [deg.]. Each cylinder is rotated by means of a
couple of cylindrical pinions, one of which is fixed on the spindle while the other is wedged on the drive shaft housed inside the guide bar. The axis of the tree coincides with the axis of the bar. The three drive shafts are all linked to a central bevel gear using bevel gears. Two drive shafts are linked to the electric motors. The third shaft is rotated by the central bevel gear.
In this known design of the cage, it is impossible to position the pins rigidly because their bodies rotate relative to the sleeves. This drawback leads to a decrease in the precision of the values of the diameters of the rolled parts, that is to say to the obtaining of parts with a wide range of tolerances. The considered design of the cage ensures only a small variation in the shortest distance between the intersecting lines. This drawback does not make it possible to carry out
<EMI ID = 4.1>
in other words, at high speeds and with a high rate of deformation of the blank.
A rolling mill for helical rolling is also known (cf. the patent of the United States of America
N [deg.] 3 132 545), whose cage has a monolithic body. Three pins are mounted in cylindrical bores of said body so that they can rotate about its longitudinal axis and move in the longitudinal direction. Each of the spindles forms on the side of the rolling zone a rigid assembly with a cylinder, the geometric axis of which coincides with the geometric axis of the spindle, and with the rolling axis of the intersecting lines. The deformation surface of the cylinder is conical. The angle between the intersecting lines is the same value for each cylinder. In a plane normal to the rolling axis, the
angles between the projections of each of the axes of
cylinders are equal to 120 [deg.]. Spindles with cylinders are rotated around their own longitudinal axis
using hypoid gears, each of which is wedged on the spindle and engaged with the central drive gear. In the cage produced according to the design described above, the shortest distance between the intersecting lines, that is to say between the geometric axis of the cylinder and the axis
of rolling has a constant value. Transmission by limiting hypoid torque and, more precisely, decreases the
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the value of the shortest distance "e" between the lines
<EMI ID = 6.1>
and "e" in the rolling stand for helical rolling is
<EMI ID = 7.1>
therefore, this decrease causes a decrease in the rate of deformation of the blank.
During the rolling of the parts in the cage considered, the ratio of the radii of the cylinder and of the laminate according to the deformation zone remains constant. It is quite clear that by using a single set of cylinders one can only laminate parts of the same diameter. When it is necessary to modify the diameter of the part to be laminated, it is essential to replace the cylinders. This technical solution leads to an increase in the number of cylinder replacements during the use of the rolling mill, which reduces the efficiency of the rolling mill.
It was therefore proposed to develop a rolling stand for helical rolling, the design of which would position the rolls with a large
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of the rolling mill and carry out the rolling with a high rate
deformation of the blanks.
The problem thus posed is solved by means of a cage for helical rolling in the body of which three pins are mounted so as to be able to rotate around their longitudinal axis and to move longitudinally, each of said pins forming, on the side of the rolling zone, a rigid assembly with a cylinder whose deformation surface is conical in shape and whose geometric axis coincides with the geometric axis of the spindle and forms with the rolling axis of intersecting lines
<EMI ID = 9.1>
value for each cylinder, and the angles between the projections of each of the axes of the rolls in a plane normal to the rolling axis are equal to 120 [deg.], characterized, according to the invention, in that the most distant short between the intersecting straight lines is between approximately 0.6 times and approximately 1.0 times the maximum radius of the minimum cross section of the deformation surface of the cylinder, said maximum radius being chosen so as to ensure the absence of contact between the deformation surfaces of the cylinders.
Analysis of the geometric parameters of the area
deformation in the rolling stand for helical rolling (cf. the work "Theory of transverse helical rolling", published in 1977, page 368) revealed that, when the shortest distance "e" between the straight lines
/ intersecting the axes of the rolls and the rolling axis is equal to the maximum radius R of the minimum cross section of the deformation surface of the roll, the smallest possible gauge is formed between the rolls, which corresponds to the diameter smallest possible laminate; by means of this minimum gauge we obtain the angle
<EMI ID = 10.1>
For a given conical shape of the cylinder and for the aforementioned values of the distance "e" and the radius R along the
<EMI ID = 11.1>
Common cross sections of the cylinder reach their maximum values. As already mentioned,
<EMI ID = 12.1>
component of the circumferential speed of the cylinder in the direction of the rolling axis. It follows that by choosing, in accordance with the invention, a distance the
shortest possible between intersecting lines, approximately equal to the maximum radius of the minimum cross section of the deformation surface of the cylinder, chosen
so as to ensure the absence of contact between the deformation surfaces of the cylinders, it is ensured, along the zone
deformation and for a given conical shape of the cylinders,
<EMI ID = 13.1>
circumferential speed of the rolls in the direction of the rolling axis reach their maximum values, and therefore, rolling takes place at maximum speed and with the highest yield.
When e> 1.0 R, the minimum imposed diameter of the laminate cannot be obtained, since the deformation surfaces of the rolls touch each other and, moreover,
<EMI ID = 14.1>
When e <0.6 R, the minimum cylinder size
(or the minimum diameter of the laminate) increases, and the angles <EMI ID = 15.1> as well as the yield of the rolling mill. When the shortest distance "e" between the intersecting lines is from about 0.6 to about 1.0 R, a small modification of said caliber of the cylinders is obtained, that is to say of the diameter laminate, and we ensure, along the deformation zone,
<EMI ID = 16.1>
common cylinder cross-sections, for example
from 10 to 30 [deg.]. In this case, the increase in the feed angles leads to an increase in the value of the components of the vectors of the friction forces projected on the rolling direction and favorable conditions are created in the deformation zone which make it possible to carry out the rolling. blanks with a higher rate of deformation (or with a greater reduction). The production of parts in
the high-rate helical rolling mill stand
of deformation of the starting blanks (stretching X reaches 5 to 15), makes it possible to significantly reduce the number of deformation cycles and thereby widen the technological possibilities of the rolling stand for helical rolling: in particular , we can produce the same part
from blanks of different diameters.
It is recommended that each cylinder, spindle side, be made with a longitudinal longitudinal T-groove
and that in each spindle is mounted coaxially a bar, one T-end of which cooperates with the T-groove of the cylinder and the other threaded end of which cooperates with a nut at the periphery of which are threaded orifices, in at least two of which are screwed screws each cooperating by their end faces with the spindle, and that the rigid assembly of the cylinder with the spindle,
on the rolling zone side, or produced in the form of a key assembly.
This embodiment of the assembly of each of the rolls with its spindle ensures rapid replacement of the rolls, which increases the useful working time of the rolling mill and contributes to the increase in its output.
The fact that the bar is mounted coaxially without the spindle simplifies the manufacturing technology of the latter and contributes to the elimination of warping of the surfaces of the cylinder and of the spindle which lowers the quality of the surface of the laminate.
In addition, the fact that the bar is made with a threaded end cooperating with a nut makes it possible to apply the face of the cylinder against the face of the spindle with an effort capable of suppressing the warping of said faces resulting from the presence of a play technological in the assembly of the cylinder and the spindle under the action of rolling forces.
By mounting in the threaded holes of the nut of the screws whose end faces cooperate with the spindle,
the security of blocking said threaded assembly is improved and the quality of the laminate surface is increased.
The helical rolling mill stand executed according to the present invention and in which the distance between the intersecting lines is the shortest
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equal to 50 [deg.], produces parts 30 to 70 mm in diameter from blanks of 100 mm in diameter at a longitudinal displacement speed of up to 0.8 m / s, and at a speed of rotation of the cylinders around their axis up to 200 rpm.
The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear better in the light of the explanatory description which follows of a nonlimiting embodiment given by way of example with reference to the accompanying drawings. wherein :
- Figure 1 schematically shows a rolling mill stand for helical rolling according to the invention, seen from the exit side of the laminate, according to arrow A in Figure 2; -7
- Figure 2 is a sectional view along II-II of Figure 1.
The rolling mill stand for helical rolling carried out according to the invention comprises a monolith body 1 (FIG. 1) with three cylindrical bores in each of which is mounted a body 2 capable of longitudinal displacement. A spindle 3 (FIG. 2), arranged concentrically in each of the bodies 2, forms, on the side of the rolling zone, a rigid assembly with a cylinder 4 whose geometric axis coincides with the geometric axis of the spindle 3 and forms with the rolling axis "aa" intersecting lines.
<EMI ID = 18.1>
is of substantially the same value for each of the cylinders.
In the plane normal to the rolling axis, the angles between the projections of each of the cylinder axes are substantially equal to 120 [deg.] (Figure 1). The shortest distance "e" between the intersecting lines is approximately 0.6 times to approximately 1 time the maximum radius R of the cylinder 4 corresponding to the minimum cross section of the deformation surface of said cylinder, said radius being chosen to be so that the surfaces of the cylinders do not touch each other. The shape of the deformation surface of each of the cylinders is conical. Each spindle 3 (FIG. 1) is mounted in the body 2 with the possibility of turning around its own longitudinal axis on rolling bearings 5 and 6 between which there is an interlacing sleeve 7.
The bearing 5 is blocked on the body 2 by the nut 8 and the bearing 6 is immobilized on the spindle by a nut 9, which ensures the assembly of said spindle to said body. Seals 10 tightened by a cap 11 protect the bearings 5 and 6 against the cooling water of the cylinders and the scale or hot metal flakes of the blanks. A key 12 prevents the body 2 from rotating relative to the body 1. A longitudinal T-shaped groove 13 is formed on the face of each cylinder which is oriented towards the corresponding pin.
In each spindle 3, is mounted coaxially a bar 14 with a T-end cooperating with the T-groove 13 of the cylinder. The other end 15 of the bar 14 is threaded and cooperates with a nut 16. At the periphery of said nut are tapped holes. Screws 17 are screwed at least into two of said orifices. The respective faces of each of the screws 17 and the nut 16 cooperate with the spindle 3. The rigid assembly of the cylinder 4 to the spindle 3, on the rolling side, is ensured by keys 18 and 19. By applying low torques with screws 17, a
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the assembly of cylinder 4 with pin 3. To ensure
easy replacement of the cylinders, we mounted them
on the pins by mobile assembly.
The face of the cylinder 4 is clamped against the face of the spindle 3 by the bar 14 and the nut 16 with a force excluding the warping of said faces under the action of the rolling forces, resulting from the technological play in the assembly cylinder- brooch. The rigid assembly of the bar 14 with the pin 3 is done using a key 20.
Each of the controls 21 (FIG. 1) putting the
spindle 3 (figure 2) in longitudinal movement comprises an electric motor 22 (figure 1) and a worm gearbox
end 23. The electric motors 22 are electrically connected to each other. The motor shaft 22 is linked to a screw without
end 24 (Figure 1) engaged with a tangent wheel 25. A key 26 connects the wheel 25 to a hollow screw 27 which is mounted coaxially with the spindle and which envelops it. A screw 27 is mounted between the rolling bearings 28 and 29. To resist the axial forces generated during the deformation of the blank, a flange 30 is provided fixed by screws (not shown) on the body 1. In the bore of the flange, is fixedly mounted a nut 31 internally threaded
and engaging with the thread of the hollow screw 27.
d Several springs 32 mounted in the nut 31 serve to make up for the play in the threaded assembly of the screw 27 and
of the nut 31. The springs 32 are applied against the nut 31 by a nut 33 in engagement with the screw 27. For
the locking of the nut 33 are provided with screws (not shown). To catch the play in the rolling bearing 28,
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the screw 27 on the side facing the rolling bearing 29. The elastic element 34 is executed in the form of a spring
with tray. A drive bush 34 is mounted between
the rolling bearing 29 and the elastic element 34. The bearing 29 is fixed to the spindle by a nut 38 by means of a washer 37. The rolling bearing 28 is mounted in the hub of a cylindrical toothed wheel 38 and abuts against the end face of the screw 26. The toothed wheel 38 wedged on the spindle 3 by a key 39 and engaged with a pinion 40 is used to put the spindle 3 in rotation about its own longitudinal axis. The pinion 40 is made integral with the shaft 41 by a key 42. The shaft 41 is mounted on the rolling bearings 43 and 44. A bevel gear 45 is rigidly mounted on the shaft 41 and is engaged with the bevel gear 46. The shaft 41 carrying the gear 40 and the bevel gear 45 is housed in the cylindrical bore 41 of the body 1.
The bearing 43 is housed in the body 1, and the bearing 44, in the socket 48 fixed to the body 1 by screws (not shown). The bevel gear 46 is mounted on a hollow sleeve 49 by means of rolling bearings 50 between which is placed an interlacing sleeve 51. The bevel gear 46 is executed in one piece with the cylindrical toothed wheel 52 in engagement with a drive pinion 53 whose shaft 54 is intended to be coupled to the shaft of an electric motor
(not shown) -. The rolling bearings 50 are fixed to the hollow socket 49 using a nut 55 and a shoulder 56 provided on the hollow socket 49. For mounting
/ easy of the bevel gear 46 with the wheel 52, there is provided a cap 57 fixed to the body 1 by screws (not shown). The sleeve 49 is rigidly fixed in the cap 57. In said sleeve 49 is mounted a hollow sleeve 58 inside of which. a hollow body 59 is arranged coaxially. This body 59 is housed in the hollow socket 58
so that the outer wall of the body 59 and the inner wall of the sleeve 59 form an enclosure 60 receiving the cooling water. The blank 62 arrives through an opening 61 in the body 59. The drive pinion 53 located on the body 1 is protected by a cap 63
(figure 2).
The rolling mill stand for helical rolling according to the invention operates as follows. Before rolling, the cylinders are adjusted 4
(Figure 1) to the required diameter of the part to be obtained. This adjustment of the cylinders 4 is effected by longitudinal displacement of the pins 3 in the direction of the arrow "b" using the controls 21 (FIG. 2). From the tree of each
electric motor 22, the rotation is transmitted to the screw
endless 24 (Figure 1) engaged with the tangent wheel 25.
The rotation is then transmitted from the wheel 25 to the hollow screw 27 which, by cooperating with the nut 31, moves and puts the spindle 3 and the associated cylinder 4 in longitudinal movement via the rolling bearing 28. The cylinders 4 are rotated about their longitudinal axis by an electric motor coupled to the shaft 54 whose rotation is transmitted to the pinion 53 in engagement with
the toothed wheel 52. The bevel gear 46 in engagement with the
bevel wheel 45 rotates jointly with the toothed wheel 52. The rotation of the wheel 45 is transmitted to the cylindrical pinion 40 in engagement with the toothed wheel 38. The rotation of the wheel 38 is transmitted to the spindle 3 integral with the cylinder 4. Given that the geometric axis of each cylinder 4 forms with the rolling axis "aa" intersecting lines, that the
wire the shortest distance "e" between them is included
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is chosen within the limits of 30 to 60 [deg.], it appears, during the rotation of the cylinder 4, of the components of the vector of the circumferential speed of the cylinder, the vector of one of these components coinciding with the direction of the rolling and putting the blank 62 in longitudinal movement, while the vector of the other component is substantially perpendicular to the direction of rolling and gives the blank 62 a rotational movement. The longest distance
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for example from 10 to 30 [deg.] in the common cross-sections of the cylinder depending on the length of the area of
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allow rolling to be carried out at high speed,
which ensures a high yield of the rolling mill and increases
the values of the components of the friction force vectors along the length of the deformation zone,
which allows rolling to be carried out with a higher deformation rate.
To obtain larger diameter parts,
the cylinders 4 are adjusted by moving the pins 3 longitudinally along the arrow "c" using the controls 21 (FIG. 2) in the manner described above.
However, the rotation of the motor shaft 22 is reversed and, as a result of the cooperation of the nut 31 with the screw 27, the latter acts via a bush 35 on the bearing 29, which transmits the axial force via the washer 37 to the nut 36 forming a threaded connection with the spindle 3, so that the latter
moves longitudinally along arrow "c".
By positioning each of the pins 3 and its associated cylinder in the body 1 of the cage so that their axes form with the rolling axis of the straight lines
-1 intersecting at an angle Il 6 "included in the range
from 30 to 60% and that the shortest distance "e" between said straight lines is between approximately 0.6 times and 1.0 times the maximum radius R of the minimum cross section of the deformation surface of the cylinder, said distance being chosen so that the deformation surfaces of the cylinders do not touch, a
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range from 10 to 30 [deg.], which makes it possible to obtain a greater speed of movement of the blank 62 in the direction of the rolling axis "a-a" and, consequently, greater efficiency. These peculiarities of the cage design
rolling mills expand technological possibilities
of it and in particular allow rolling to be carried out with a high rate of deformation of the metal, ensuring high rigidity of the cage thanks to the monolithic design of its body 1, and thanks to the fact that the pins 3 with their bearings of bearing 5 and 6 and their mechanisms
longitudinal displacement are mounted in bores of said monolith body 1, as well as the possibility of using rolling bearings 5 and 6 whose dimensions are
larger thanks to the fact that they are mounted in the frame
of the cage at a crossing angle of 30 to 60 [deg.].
The rigidity of the cylinder cage is improved thanks to the claimed assembly of the cylinder with the spindle
and taking up play in the nut 31-hollow screw 27 torque and in the rolling bearing 28. Thanks to the greater rigidity of the cage and the rolling of the blanks with a
higher rate of deformation of the metal, we obtain finished parts with tolerances within a narrow range.
CLAIMS
1.- Rolling stand for helical rolling, of the type comprising a body (1) in which three pins are mounted so as to be able to rotate around their own axis and move longitudinally, said pins being each, at their end oriented towards the rolling area, rigidly assembled to respective rolling rolls
(4) whose deformation surface is conical in shape and whose respective geometrical axes coincide with the geometrical axis of the corresponding spindle and form intersecting lines with the rolling axis
<EMI ID = 25.1>
cylinders, the angles between the projections of each
said cylinder axes in a plane normal to the rolling axis being equal to 120 [deg.], characterized in that the shortest distance between the above intersecting lines is in a range of about 0.6 times to approximately 1.0 times the maximum radius of the minimum cross section of the deformation surface of the cylinder (4), this radius being chosen so as to ensure the absence of contact between the deformation surfaces of the cylinders (4).