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" perfectionnements à la production de métal ajouré " La présente invention se rapporte à
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¯a pro0.D.utjO.rl de métal aj'our en ménageant des i'3n- tes ou autres ouverturesde dimensions restreintes dans le métal et en travaillant ensuite mécaniquement le métal entre les fentes de façon à ouvrir ou agran- dir les ouvertures.
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L'invention a en vue de produire du métal ajouré con- curremment avec le laminage de celui-ci, et comme conséquence directe de la réduction d'épaisseur résultant de ce laminage.
Le but principal de l'invention est d'obtenir des ou- vertures dans le métal sans produire les efforts et tensions indésirables résultant des procédés proposés jusqu'ici. Ce ré- sultat est atteint en agrandissant des ouvertures dans le métal pendant le travail mécanique de celui-ci. Comme conséquence, on évite non seulement le désavantage des procédés antérieure- ment connus, mais on obtient les influences favorables dues au travail mécanique, ainsi que l'avantage économique d'obtenir les ouvertures en même temps que le métal est travaillé et par la même opération.
Il est déjà bien connu de fabriquer des tôles ajourées en fendant le métal et en ouvrant ensuite les fentes par étira- ge de la tôle dans une direction faisant un certain angle avec la direction des fentes. Ceci est naturellement un mode commun de préparation du métal appelé "métal déployé". Le même procé- dé général a été appliqué à la fabrication d'éléments de con- struction munis d'ailes, tels que des poutres ou colonnes, en ménageant dans l'âme de celles-ci un grand nombre de fentes longitudinales et en écartant ensuite les ailes pour produire un corps métallique ajouré ou à claire voie. Dans des procédés de ce genre, l'opération d'allongement du métal en vue de pro- duire l'ajourage utilise systématiquement l'étirage avec, com- me conséquence inévitable, la production d'efforts et de fai- blesses dans le métal.
Il est également connu de fabriquer des poutres avec des âmes ajourées en fendant d'abord le métal, de façon à produi- re plusieurs bandes s'étendant dans le sens de la longueur de la poutre, en laminant ensuite l'âme, mais non les ailes, pour allonger ces bandes, et en écartant enfin les ailes l'une de l'autre pour produire une âme ajourée ou à claire voie.Dans ce genre de procédé, des efforts d'étirage et des faiblesses sont également inévitables. A cause de l'allongement des ban-
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des à un degré plus grand que le reste du métal de la poutre, on produit en elles un caractère ondulé et, comme le métal des bandes possède un degré considérable de rigidité, l'opération finale d'écartement des ailes en vue d'ouvrir l'âme doit en- traîner un degré notable d'étirage.
Dans ces procédés antérieurs connus, il y a également lieu de noter qu'il existe une séparation ou élargissement positif de l'élément de construction dans son ensemble, pour ouvrir les fentes ou pour écarter les bandes l'une de l'autre.
L'ouverture du métal n'est pas obtenue comme résultat du lami- nage, mais à cause d'une opération plus ou moins indépendante de séparation et d'étirage.
Il est en outre connu de ménager, dans une tôle, des fentes transversales disposées suivant plusieurs zones, ces fentes étant séparées par des zones de métal non perforé. La tôle.. est soumise à une opération de laminage suivant les parties non perforées, mais non dans les zones fendues, de sor- te que le métal non perforé subit une réduction d'épaisseur et est ainsi quelque peu allongé, avec la conséquence que les côtés des fentes sont séparés à un certain degré de façon à produire des ouvertures de dimensions plus ou moins restrein- tes.
Il a en outre déjà été proposé, comme opération dans la production d'une âme ajourée dans une poutre en I, de laminer les ailes sans laminer l'âme, de façon à produire la séparation initiale de bandes disposées plus ou moins en diagonale par rapport à l'âme.
Dans ces procédés antérieurs connus, on ne peut produire aucune ouverture considérable du métal sans que des parties du métal soient soumises à un étirage considérable.
Tous ces procédés antérieurs connus sont essentiellement différents de celui faisant l'objet de la présente invention non seulement dans le traitement mécanique et physique du mé- tal travaillé, mais aussi dans les effets produits.
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Conformément à l'invention, on ménage également des fen- tes ou des ouvertures équivalentes ou des parties affaiblies dans le métal, mais au lieu d'exercer un effort de traction ou d'étirage sur le métal pour ouvrir les fentes, on travaille mé- caniquement le métal, y compris les parties de celui-ci dans lesquelles se trouvent réellement les fentes, de façon à agran- dir ou élargir directement ces fentes comme résultat du travail mécanique.
Au lieu de traiter le métal de façon à soumettre les parties fendues à une tension d'étirage pour ouvrir les fentes, comme dans les procédés antérieurs connus, on applique des forces de compression directement au métal des parties fendues pour élargir les ouvertures* Comme conséquence, on évi- te les influences affaiblissantes d'une opération d'étirage et en même temps on obtient les effets bien connus d'amélioration dus au travail mécanique- En comparant le procédé suivant l'invention avec ceux connus antérieurement, on se rend compte que dans pratiquement tous les genres de travail mécanique, ceux-ci engendrent des forces de tension à un degré plus ou moins grand, mais dans des opérations telles que le laminage, ces forces sont accompagnées de forces de compression qui an- nulent l'influence nuisible de l'étirage.
L'expression " travail mécanique" désigne le laminage, forgeage, compression, ou toute autre opération équivalente, produisant une réduction d'épaisseur du métal et son allonge- ment.
La présente invention consiste à ménager des fentes, ouvertures, ou entailles dans une partie d'une ébauche métalli- que et à travailler ensuite mécaniquement cette ébauche ou des parties de celle-ci, y compris au moins une fraction importante de la 'partie renfermant les ouvertures, de manière à allonger le métal de cette partie à des degrés différents pour produire l'ajourage.
En d'autres mots, l'invention consiste à laminer le métal qui renferme réellement les fentes ou ouvertures, de manière à réduire l'épaisseur du métal à des degrés différents pro-
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gressivement le long des fentes ou ouvertures, de façon à les élargir et à produire ainsi l'ajourage.
En outre, dans ses formes de réalisation préférées, l'invention porte sur des corps métalliques ajourés, dont le métal est pratiquement exempt d'efforts drétirage et de défor- mations.
Les dessins ci-joints représentent à titre d'exemples différentes formes de réalisation de l'invention:
Les fig.l à 10 inclusivement sont alternativement des vues en coupe transversale et en plan représentant différentes phases dans la formation d'une poutre ajourée par le procédé suivant l'invention.
La fig. 11 est une vue en coupe longitudinale à travers l'âme d'une ébauche, cette vue montrant en élévation les cy- lindres produisant les entailles dans celle-ci-
La fig. 12 est une vue en coupe transversale d'une ébau- che analogue à celle de la fig. 1, montrant l'application des cylindres horizontaux et verticaux pendant la première passe.
La fig.13 représente schématiquement en vue en coupe transversale les différentes phases de la réduction d'épaisseur auxquelles l'ébauche de la fig.l est soumise.
La fig.14 représente une vue en coupe transversale d'une ébauche semblable à celle de la fig.l, mais dans laquelle l'âme diminue pratiquement d'épaisseur jusqu'à la ligne longi- tudinale médiane de l'âme.
La fig.15 est une vue en plan d'une poutre produite par laminage de l'ébauche suivant la fig.14.
La fig.16 représente en vue en coupe transversale une variante de l'ébauche de la fig.l, avec un degré plus grand de courbure entre l'âme et les ailes.
La fig.17 est semblable à la fig.16 et montre la même poutre, mais représente les cylindres appliqués sur celle-ci.
La fig.l8 est une vue en coupe transversale d'une pou- tre, également semblable à celle de la fig.9, mais différant de celle-ci en ce qu'elle comporte une courbure continue à
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partir des ailes jusqu'à la région intérieure plus plane de l'âme.
La fig.19 représente en vue en coupe transversale une ébauche avec des ailes, dont l'âme est divisée en deux parties longitudinales semblables séparées par une partie médiane lon- gitudinale épaissie.
La fig. 20 est une vue en plan de cette même ébauche, fendue préalablement à l'opération de laminage.
La fig.21 est une vue en coupe transversale de l'ébauche suivant les fig.19 et 20, montrant l'application des cylindres horizontaux et verticaux sur cette ébauche.
Les fig.22 et 23 représentent des vues en coupe trans- versale et en plan, respectivement, de la même poutre pour une phase intermédiaire du laminage-
Les fig.24 et 25 sont des vues en coupe transversale et en plan, respectivement, de la poutre terminée.
La fig.26 est une vue en coupe transversale d'une ébau- che comportant plusieurs parties longitudinales épaissies avec des régions intermédiaires d'épaisseur variable:
La fig. 27 est une vue en plan de cette même ébauche, mon- trant les régions entre les parties longitudinales épaissies munies de fentes dans une position décalée.
Les fig. 28 et 29 sont des vues en coupe transversale et en plan, respectivement, d'une tôle ajourée produite par lami- nage de cette ébauche suivant les fig.26 et 27.
La fig.30 est une vue en coupe transversale d'une ébau- che analogue à une plaque, comportant des parties latérales épaissies, allant en diminuant d'épaisseur vers l'intérieur de l'ébauche, la partie médiane de l'ébauche étant d'une épaisseur pratiquement uniforme.
La fig. 31 est une vue en plan d'une tôle ou plaque obte- nue par laminage à partir d'une telle ébauche, montrant la for- me des ouvertures produites par ce genre de profil en coupe transversale de l'ébauche.
La fig. 32 est une vue en coupe transversale d'une ébau-
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che semblable à celle de la fig.30, mais dont l'épaisseur va- rie dans tout l'intervalle entre les parties latérales épais- sies, et la fig. 33 est une vue en plan du produit obtenu par laminage de l'ébauche représentée sur la figure précédente, cette fig. 33 montrant comment le changement du profil en coupe transversale modifie la forme de l'ouverture.
L'invention .va d'abord être décrite dans son application à la production de la poutre représentée sur les fig. 9 et 10, comportant des ailes 1"" et une âme 3"": , munie d'ouvertures.
6"". Les phases représentant la fabrication de cette poutre sont indiquées sur les fig.l à 8 inclusivement et sont représen- tées schématiquement sur la fig.13.
On lamine le métal de façon à produire l'ébauche a, possédant en coupe transversale le profil représenté sur les fig.l et 12 et par les lignes extérieures en traits interrompus sur la fig.13. Les ailes l. de cette ébauche ont une épaisseur plus grande que les ailes 1"" de la poutre terminée. L'âme 2 comprend des parties ou régions planes 4, voisines des ailes, d'une épaisseur sensiblement plus grande que les régions corres- pondantes de l'âme 3"" dans la poutre terminée et d'une épais- seur plus grande que les parties restantes de l'âme dans l'é- bauche. L'épaisseur de l'âme diminue graduellement à travers la partie 5 jusqu'à la zone intérieure plane 3, qui a sensiblement la même épaisseur que l'âme 3"" de la poutre terminée.
On fait passer l'ébauche a à travers un dispositif pro- duisant des fentes ou entailles, représenté de façon convention- nelle sur la fig.ll, pour produire les fentes ou entailles 6 dans l'âme de l'ébauche. Ces coupures 6, comme représenté, ne traversent pas complètement le métal de l'âme et sont plus exactement des entailles que de véritables fentes. Bien que ces entailles, en particulier lorsque la coupure présente la forme d'un V comme montré sur les dessins et traverse à peu près complètement l'âme, soient spécialement efficaces et s'élargis- sent bien à la forme des ouvertures désirées pendant l'opération
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de laminagesuivante, il est évident que l'on peut employer avec succès d'autres entailles ou fentes véritables.
Le dispositif servant à former ces fentes peut être de toute construction désirée. Il est représenté comme comprenant deux cylindres opposés 7et 8, la surface du rouleau supérieur portant plusieurs nervures de coupe étendues 9, disposées pa- rallèlement l'une à l'autre et à l'axe du cylindre. Les coupures ou entailles 6 dans l'âme s'étendent dans le sens transversal de celle-ci ; les extrémités de ces entailles atteignent à peu près, ou même pénètrent légèrement dans les parties épaisses 4 de l'âme.
Après l'opération d'entaillage, l'ébauche est de préféren- ce laminée dans un laminoir universel du type Grey. Comme il est bien connu, celui-ci comprend un train principal réducteur d'épaisseur et un train supplémentaire, formant les bords des ailes- En ce qui concerne l'invention, il y a lieu de consi- dérer seulement le train principal réducteur d'épaisseur.
Ce- lui-ci comprend des cylindres horizontaux 10 et 11 et des cy- lindres verticaux 12, le cylindre supérieur 10 pouvant être rap- proché ou éloigné du cylindre inférieur 11, et les cylindres verticaux 12 pouvant être rapprochés ou éloignés latéralement l'un de l'autre,
On fait passer l'ébauche a à plusieurs reprises à travers ce laminoir réducteur d'épaisseur, en réglant la position des cylindres verticaux 12 de façon à les rapprocher l'un de l'au- tre après chaque passe, de sorte que les ailes seront effecti- vement réduites d'épaisseur entre ces cylindres verticaux 12 et les surfaces latérales quelquechanfreinées 10et 11des cylindres horizontaux.
De même, après chaque passe, on règle la position du cylindre supérieur 10 de façon à le rapprocher du cylindre inférieur 11, en réduisant ainsi graduellement l'é- paisseur des parties 4 et 5 de l'âme, et en allongeant graduel- lement ainsi le métal de ces parties.
Il y a lieu d'attirer l'attention sur la suite des chan- gements se produisant dans l'âme pendant son laminage, en par-
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ticulier comme indiqué par les changements dans le profil en coupe transversale et dans l'élargissement des fentes ou ouver- tures. Pendant la première passe de l'ébauche à travers les cylindres, seules les parties de l'âme, voisines des ailes et entre les extrémités des fentes, seront soumises à une action quelconque de laminage avec une réduction d'épaisseur et un al- longement du métal qui en sont la conséquence ; passe par passe, une partie de plus en plus-grande de la surface de l'âme viendra dans le champ d'action de ces cylindres.
Pendant la première passe, les parties ou régions planes 14 et des parties des régions 5 d'épaisseur décroissante, à savoir les parties voisines des régions 4 et comprises entre les extrémités 6a des fentes 6, subiront une réduction d'épaisseur et un allongement; mais, passe par passe, une partie de plus en plus grande des régions 5 d'épaisseur décroissante viendra dans le champ d'ac- tion des cylindres, jusqu'à ce que, pendant la dernière passe, la surface entière de l'âme sera en engagement avec les cylin- dres.
Ceci signifie évidemment que les quantités totales de réduction d'épaisseur et les quantités totales d'allongement du métal entre les fentes, par suite de l'action de toutes les passes, sont progressivement plus grandes à partir de la ligne de jonction 5a vers l'extérieur jusqu'à la région comprise en- tre les extrémités des fentes. Il est également évident que le pourcentage de réduction d'épaisseur et de l'allongement conséquent est de même progressivement plus grand ; à dire que la réduction d'épaisseur et l'allongement sont progressive- ment d'un degré plus grand. Le résultat de cette différence graduelle dans la réduction d'épaisseur et dans l'allongement du métal entre les fentes est que ces fentes sont élargies à la forme des ouvertures 6"" dans la poutre terminée.
Pour expliquer plus clairement ce qui se produit pendant le laminage, on va essayer de faire ressortir, de façon plus détaillée que dans l'explication générale précédente, la suite des changements se produisant dans l'âme, en indiquant également les changements -qui les accompagnent dans les ailes (voir en
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particulier les fig.l à 10 inclusivement).
Pendant la première passe, les surfaces des cylindres ho- rizontaux 10 et Il viennent en engagement avec les surfaces planes des régions 4 de l'âme@, en comprimant et allongeant le métal et en réduisant son épaisseur* Comme il est évident, cette réduction d'épaisseur se produit non seulement dans les régions 4, mais a lieu également dans les régions adjacentes 5, cet effet diminuant vers l'intérieur à cause de la section d'épaisseur décroissante de ces régions 5. Cette réduction d'épaisseur est représentée par il sur la fig.13. Evidemment, la quantité de réduction d'épaisseur à chaque extrémité de l'â- me pendant cette passe sera deux fois il, étant donné qu'il se produit des réductions d'épaisseur semblables sur les deux fa- cesde l' âme .
Pendant cette même passe, chaque aile subit une réduction d'épaisseur par les surfaces des cylindres verticaux 12, d'une quantité représentée par t1 sur la fig.13, proportionnelle à la quantité de réduction d'épaisseur à chaque extrémité de l'âme, c'est à dire des régions voisines des ailes. Naturellement, dans le laminage, il se produit en réalité une légère réduc- tion d'épaisseur des ailes en outre de celle indiquée par t1, à savoir la réduction d'épaisseur se produisant sur les faces in- térieures des ailes ; elle est relativement si faible qu'el- le est négligeable en ce qui concerne l'explication de la pré- sente invention.
Comme résultat de cette première passe, la largeur de la région plane 4 est accrue et est devenue 4' sur les fig.3 et 4.
La région d'épaisseur décroissante 5 s'est rétrécie en 5'; la distance entre les extrémités 6a des fentes est légèrement accrue et, comme conséquence, les bords latéraux des fentes 6. sont quelque peu écartés l'un de l'autre de façon à former des ouvertures 6'.
Les passes successives de l'ébauche à travers les cylin- dres du laminoir, - les cylindres horizontaux ébant rapprochés l'un de l'autre après chaque passe, de même que les cylindres
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verticaux-, produisent des effets semblables qui s'ajoutent-
Passe par passe, les cylindres .horizontaux viennent en engagement avec des régions planes plus larges 4', 4" et 4"' de l'âme ; chaque fois, les cylindres empiètent sur les régions d'épaisseur décroissante 5', 5", 5''' qui subissent une réduction graduelle d'épaisseur, jusqu'à ce que, dans la passe finale, la dernière différence d'épaisseur de l'âme est supprimée et les surfaces des cylindres horizontaux viennent en engagement avec les sur- faces de l'âme toute entière, 3"".
Phase par phase, l'épais- seur de l'âme est ainsi réduite sur une étendue de plus en plus grande ; au début, la bande étroite il, ensuite i2, i3, i4, i5 et finalement i6. Comme conséquence de ces réductions d'épais- seur, le métal compris entre les fentes initiales 6 et dans la région 4 est allongé proportionnellement au degré de réduction d'épaisseur, le plus grand allongement du métal entre les fentes se produisant entre l'extrémité 6a des fentes, allant en dimi- nuant graduellement vers l'intérieur de la poutre jusqu'à la ligne 5 où la région 5 dépaisseur décroissante se raccorde à la région intérieure plane 3 de l'âme.
Cet allongement différent du métal entre les fentes a pour résultat l'ouverture graduelle de celles-ci, comme indiqué sur les fig.l à 10 représentant leurs phases successives, en 6', 6", 6''', jusqu'aux ouvertures finales 6"" de la fig.10.
Simultanément, les ailes passent par les phases l' 1", 1''', pour atteindre finalement la dernière phase 1"". A chaque passe, elles subissent des réductions d'épaisseur sensiblement uniformes t1, t2....t6, chaque réduction d'épaisseur étant sen- siblement proportionnelle comme'valeur à la réduction simultanée de l'épaisseur de l'âme dans la région comprise entre les extré- mités 6a des fentes 6 et l'aile correspondante. En disant que la réduction d'épaisseur des ailes est proportionnelle à la ré- duction correspondante d'épaisseur des parties adjacentes de l'âme, on veut dire que, pour une passe particulière quelcon- que, le rapport de réduction d'épaisseur de l'aile à son épais- seur avant cette passe est égal au rapport de la réduction
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d'épaisseur de la partie adjacente de l'âme à son épaisseur a- vant la passe.
Par conséquent, les ailes et les parties les plus épaisses de l'âme sont allongées de façon sensiblement égale pendant l'opération de laminage. En d'autres mots, on peut dire que les ailes et les régions adjacentes de l'âme su- bissent une réduction d'épaisseur sensiblement au même degré.
Il y a lieu de noter spécialement la réduction graduelle d'épaisseur de l'âme. A cause du profil d'épaisseur décrois- sante de la région 5 de l'âme, la partie réduite d'épaisseur à chaque passe de l'ébauche entre les cylindres se raccorde de façon imperceptible à la partie adjacente non réduite d'épais- seur du métal. Par exemple, dans la première passe, le métal est représenté sur la fig.13 comme subissant une réduction d'épais- seur, sur chaque face de l'âme, de la section il. Cette secticn va en diminuant graduellement vers l'intérieur, en devenant de plus en plus faible jusqu'à ce quelle se raccorde au métal n'ayant pas subi de réduction d'épaisseur.
Il en est de même pour les réductions d'épaisseur successives i2 i 3 i4..i6. De façon correspondante à ces réductions d'épaisseur et comme con- séquence de celles-ci, les allongements du métal entre les fen- tes, lors des différentes passes entre les cylindres, sont de même de nature graduelle. Exactement de même que la partie ayant subi une réduction d'épaisseur se raccorde à la partie n'en ayant pas subi, de même aussi l'allongement du métal entre les fentes ou ouvertures à chaque passe décroit de façon imper- ceptible jusqu'à l'endroit o la partie allongée se raccorde à la partie n'ayant pas subi d'allongement.
Il y a également lieu de noter que, non seulement les ré- ductions d'épaisseur dues aux différentes passes vont en dimi- nuant, mais aussi que la somme de ces réductions d'épaisseur va de même en diminuant, c'est à dire que la réduction d'épais- seur totale est graduellement différente.
Il résulte de ces conditions un avantage très important* Si le métal subissait une réduction d'épaisseur telle qu'il se @ produisît un plan de démarcation brusque entre les parties ayant
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subi et celles n'ayant pas subi de réduction d'épaisseur,il se produirait dans le métal des parties faibles et dans certains cas même delà efforts de rupture. En particulier, cela serait exact s'il existait un plan de séparation brusque entre le mé- tal de la partie ayant subi une réduction d'épaisseur à la suite de toutes les passes et la partie n'ayant pas subi de ré- duction d'épaisseur. Le métal n'ayant pas subi de réduction d'épaisseur serait toujours soumis à un degré d'étirage plus ou moins fort, ce degré d'étirage dépendant du degré d'allongement dans les parties ayant subi une réduction d'épaisseur.
En outre, il existerait/des efforts de cisaillement, spécialement dans le plan de démarcation entre les parties ayant subi et les parties n'ayant pas subi de réduction d'épaisseur. Ces conditions nui- sibles sont évitées par le fait qu'il n'existe pas de transi- tion brusque entre les régions où le métal a subi et celles où il n'a pas subi de réduction d'épaisseur. A cause de la diminu- tion graduelle de cette réduction d'épaisseur, l'allongement du métal entre les ouvertures ou fentes, dans une partie quelcon- que, est sensiblement proportionnel à la valeur de la réduction d'épaisseur dans cette partie. Ceci signifie nécessairement que la disposition du métal dans les intervalles entre les ou- vertures, dans le produit terminé, dépend entièrement des con- ditions de laminage.
Evidemment, pendant les différentes passes, la poutre s'al- longe, les ailes comme résultat de la réduction d'épaisseur que subit .son métal, et l'âme à la fois par suite de la réduction d'épaisseur et de l'élargissement des ouvertures dans cette âme. De préférence, comme indiqué ci-dessus, l'allongement des ailes et des régions adjacentes de l'âme, vers l'intérieur de celle-ci, jusqu'au commencement de l'intervalle entre les extré- mités des fentes 6a, doit être sensiblement égal pour éviter d'engendrer des efforts.
Il est évident que non seulement dans cet exemple de réa- lisation de l'invention, mais aussi dans ceux qui suivent, les
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dessins ne doivent pas être considérés comme limitatifs. Les dimensions relatives des parties, le nombre de passes, les formes des ouvertures et analogues sont donnés uniquement à titre d'exemple et on peut s'en écarter notablement en pratique sans sortir du cadre de l'invention.
Il y a également lieu de noter que, dans l'exemple donné ci-dessus, il a été représenté des conditions plus ou moins idéales. Par exemple, la fig.13 montre que les réductions d'é- paisseur t1, t2....t6 sont sensiblement égales, de même que les réductions d'épaisseur il, i2....i6, mais il est évident qu'en pratique l'ouvrier préposé au laminage peut réduire l'é- paisseur à un degré plus grand lors d'une passe que pour une autre, suivant les conditions. De même, il a été mentionné que les réductions d'épaisseur des ailes et de l'âme sont de pré- férence proportionnelles ; dans le laminage pratique d'une poutre, il peut être parfois avantageux de s'écarter quelque peu de ce principe. Il est toutefois bon d'éviter des variations d'épaisseur telles qu'elles mettraient en jeu des efforts excessifs.
Bien que la forme de réalisation représentée et décrite ci-dessus montre les principes essentiels de l'invention, il existe de nombreuses variantes possibles de celle-ci. Par exemple le profil de l'ébauche en section transversale peut être modifié de différentes manières pour faire varier la forme des ouvertures.
L'ébauche de poutre b de la fig.14 est une variante de l'ébauche a de la fig. l. Elle possède des ailes épaissies 13, et des régions planes 15, semblables à tous points de vue aux parties correspondantes 1 et 4 de l'ébauche a de la fig.l.
Toutefois, les régions 16 d'épaisseur décroissante diffèrent des régions correspondantes 5 de l'ébauche a, en ce que la di- minution d'épaisseur continue jusqu'à pratiquement la ligne longitudinale médiane de l'âme au lieu de s'arrêter à une dis- tance relativement considérable de cette ligne, comme dans l'ébauche a. Cette ébauche b est laminée de la même manière
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et dans les mêmes conditions que l'ébaucher, mais à cause de la variation continue d'épaisseur de l'âme entre les régions
15, il est nécessaire de conduire le laminage de façon à rédui- re l'épaisseur de l'âme pratiquement jusqu'à la ligne médiane de celle-ci.
Naturellement il en résultera que les ailes 17 du produit terminé seront semblables aux ailes 1"" de la fig.9, mais les ouvertures 18 différeront comme forme des ouvertures produites à partir de l'ébauche a, en ce qu'elles auront une courbure continue au lieu d'avoir des bords plus ou moins droits dans le sens transversal de l'âme, comme c'est le cas dans'la forme de réalisation décrite en premier lieu.
L'ébauche c de la fig.l6 est de même semblable pour la plupart des points de vue à celle de la fig.l. Les ailes 19 sont pratiquement identiques aux ailes 1 de l'ébauche a; l'âme 20 est de même très semblable à l'âme 2, car elle comprend la région aplatie 22, correspondant à la région aplatie 3 de l'é- bauche a et des régions d'épaisseur décroissante 23 semblables aux régions d'épaisseur décroissante 5 de cette ébauche a;
la seule différence consiste en ce que, alors que les régions de l'âme, voisines des ailes, sont planes dans l'ébauche a, elles sont courbes, comme indiqué en 21, dans l'ébauche b. Pour cer- tains buts, une telle courbure sembla avoir certains avantages par rapport aux régions planes* La fig.17 montre cette ébau- che en position, à une phase initiale du procédé, entre .les cy- lindres d'un train de laminoir universel. Evidemment, après la première passe, le profil en coupe transversale sera à peu près identique à celui de la phase correspondante du laminage de l'ébauche a.
L'ébauche de la fig.18, munie d'ailes 24, comporte une âme 25, dont les régions intérieures 28 sont planes comme les régions correspondantes de l'ébauche a (fig.1), et une région d'épaisseur décroissante 27, de même que la région 5 de la for- me de réalisation précédemment décrite, mais différant de cette ébauche en ce qu'il n'y a pas de région plane 4 ; contraire, la courbe de la région d'épaisseur décroissante se raccorde à
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la courbe des faces intérieures des ailes et de l'âme, comme indiqué en 26, Bien que cette forme de l'ébauche ne soit pas celle qui est préférée, elle est assez simple à laminer et peut être avantageuse dans certaines circonstances.
Les fig. 19 à 25 inclusivement représentent l'application de l'invention à la production d'une poutre ou poutrelle, ayant un grand nombre d'ouvertures approximativement circulaires disposées dans une position relative décalée de part et d'autre de la ligne longitudinale médiane de l'âme. L'ébauche des fig.19 et 20, comportant les ailes épaissies 29, est munie d'u- ne région épaissie 30, disposée suivant la ligne longitudinale médiane de l'âme, et de régions épaissies correspondantes 31, près des ailes. L'épaisseur de l'âme, dans chacune des zones 32 entre les régions épaissies 30 et 31, diminue graduellement sous forme courbe à partir des deux régions 30 et 31 jusqu'à pratiquement les lignes médianes de ces zones intermédiaires 32.
Ces zones intermédiaires comportent des fentes 33, disposées transversalement et dans une position relative décalée. La fig.21 représente cette ébauche dans le procédé de laminage pen- dant la première passe. Les cylindres horizontaux 10 et 11 viendront naturellement d'abord en engagement avec les régions épaissies 30 et 31, en réduisant l'épaisseur de celles-ci ain- si que celle des parties adjacentes des zones intermédiaires à profil courbe 32. Comme dans le premier exemple décrit plus haut, la réduction d'épaisseur aura pour résultat un allongement correspondant du métal, l'allongement du métal entre les fentes correspondant au degré de réduction d'épaisseur.
Evidemment, comme dans le premier exemple, le degré d'allongement du métal entre les fentes diminuera graduellement vers l'intérieur, de manière à éviter un étirage et la production d'efforts dans les parties n'ayant pas subi de réduction d'épaisseur.
Les fig.22 et 23 représentent une phase intermédiaire dans le laminage de cette ébauche. Les aies 29' sont considéra- blement plus minces que les ailes primitives 29; les régions épaissies 30' et 31' ont de même été considérablement amincies
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et élargies ; région 32 a été sensiblement rétrécie en 32'.
La réduction différente d'épaisseur du métal entre les fentes a ouvert celles-ci, comme indiqué en 33.
On continue le laminage jusqu'à ce que l'âme ait été ré- duite à une épaisseur uniforme, indiquée en 34 dans le produit terminé (fig.24). Les ouvertures sont agrandies jusqu'à ce qu'elles aient la forme représentée en 33" (fig. 25). La forme de ces ouvertures est approximativement circulaire, à cause de la variation continue d'épaisseur de la zone 32 dans l'ébau- che primitive.
Les fig. 26 à 29 inclusivement représentent l'application de l'invention à la production d'une tôle ajourée. L'ébauche ± comporte plusieurs régions épaissies 36, disposées longitudi- nalement, avec des zones intermédiaires 37 d'épaisseur graduel- lement variable, semblables aux zones 32 entre les régions épaissies dans l'ébauche des fig.19 et 20. L'ébaucher (fig.
26) comporte plusieurs fentes décalées 38, disposées transversa- lement entre les régions épaissies 36. Lorsqu'on lamine cette ébauche dans le sens de la longueur des parties épaissies jus- qu'à ce qu'on ait obtenu une'tôle plane d'épaisseur uniforme, il en résultera la tôle 40 munie d'ouvertures de forme approximati- vement circulaire 39. On obtient naturellement ici les mêmes conditions d'élargissement des ouvertures que dans l'exemple précédent.
Les fig. 30 à 35 inclusivement représentent l'application de l'invention à la formation de corps métalliques ne compor- tant pas d'ailes- Les fig. 30 et 31 montrent la production d'un corps analogue à une plaque, avec des ouvertures comportant des bords latéraux droits, tandis que les fig.32 et 33 montrent une variante de l'invention appliquée à la production d'ouvertures courbes.
L'ébauche ± de la fig.30 comprend des régions latérales épaissies 41, s'étendant dans le sens longitudinal de l'ébauche, et entre ces régions 41 une région ayant une partie médiane plane 42 et des parties 43, d'épaisseur décroissante à partir
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des régions 41 vers la partie médiane 42. Lorsque cette ébau- che est munie de fentes transversales et est laminée dans le sens de sa longueur jusqu'à une épaisseur uniforme, le corps résultant en forme de plaque aura des ouvertures 46 avec des parties d'extrémité courbes 47 et des bords transversaux droits 48.
Il est à remarquer qu'il existe ici pratiquement les marnes conditions que dans le laminage de l'âme de l'ébauche a sur la fig.l, la seule différence entre les ébauches -, et a résidant dans le fait que l'ébauche ± ne comporte pas d'ailes'
Comparativement à l'exemple précédent, l'ébauche h de la fig.32 comporte des régions épaissies 44, diminuant graduel- lement dans la région 45 jusqu'à la ligne médiane de celle-ci.
Lorsque cette ébauche est fendue transversalement et est laminée jusqu'à ce qu'un corps d'épaisseur uniforme soit formé, les ou- vertures résultantes 49 auront une courbure continue, comme in- diqué en 50, au lieu d'avoir des bords latéraux ou transversaux droits 48 comme dans l'exemple précédent- Ce résultat est évi- dent en raison du fait qu'il se produit une réduction d'épais- seur et un allongement différents du métal entre les fentes, pratiquement dans toute la région renfermant les fentes.
Dans les différentes formes de réalisation particulières représentées, les ouvertures produites sont symétriques, bien qu'il soit évident qu'il serait possible d'obtenir des ouvertu- res non symétriques, si on le désire.
Il y a lieu de faire attention à certains autres aspects des produits obtenus par le procédé suivant l'invention. Evi- demment, le fait même que les ouvertures sont produites pendant le travail mécanique contribue à donner des caractéristiques spéciales aux corps terminés. Le métal possède à travers tous ces corps sensiblement les mêmes qualités que celles qu'il pos- sèderait s'il n'avait pas été formé d'ouvertures dans ces corps.
Le métal est sensiblement non altéré par le fait que des ouver- tures sont produites pendant l'opération de laminage. Au con- traire, le métal des corps ajourés produits par les procédés an- térieurs connus présente certains inconvénients, dus aux opéra-
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tions plus ou moins indépendantes utilisées pour produire les ouvertures; le métal de ces corps est invariablement affaibli, plié ou autrement déformé à un degré plus ou moins grand.
La différence entre les corps obtenus par la présente invention et ceux obtenus par les procédés antérieurs connus est évidente, non seulement au point de vue de la supériorité mécanique dans les propriétés du métal, mais aussi au point de vue des différences dans la texture du métal. Comme résultat d'une action de laminage ou autre travail mécanique, le métal acquiert une texture cristalline allongée, la distribution géné- rale de l'allongement étant déterminée par la direction du tra- vail mécanique. Par exemple, comme résultat du laminage d'une poutre en I, le métal de l'âme aura sa texture cristalline al- longée dans la direction longitudinale générale de la poutre.
Or, comme résultat de la formation d'ouvertures dans du métal laminé par les procédés antérieurs connus, par exemple en poin- çonnant le métal, en le fendant longitudinalement et en l'écar- tant latéralement, et par des opérations similaires, cette tex- ture du métal est altérée de différentes manières, la plus évi- dente étant une flexion ou déformation du métal avec des change- ments 'correspondants dans la texture du métal. Au contraire, dans les produits obtenus par le procédé suivant l'invention, comme il n'y a pas de degré sensible de flexion ou d'autres déformations, et comme les ouvertures sont produites en même temps que le laminage normal, il ne se produit pas de tels changements dansla texture du métal. Le métal possède une disposition longitudinale dans la texture jusqu'aux bords des ouvertures.
Contrairement aux produits obtenus par les procédés antérieurs connus,.la texture du métal dans les corps produits conformément à la présente invention est sensiblement la même près des bords des ouvertures qu'en tout autre endroit du corps.
Par exemple, une poutre ajourée avec des ailes, fabriquée con- formément.à la présente invention, aura la texture cristalline allongée de l'âme disposée dans le sens longitudinal de celle- ci sur toute son étendue, même dans le métal situé près des
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bords mêmes des ouvertures.
Naturellement, dans la production de corps ne comportant pas d'ailes, on emploiera des trains de laminoirs appropriés, le laminoir simple à plaques convenant parfaitement.
Dans les formes de réalisation représentées et décrites à titre d'eemple, les régions des ébauches renfermant les fentes ou entailles ont été représentées comme ayant des épaisseurs graduellement décroissantes le long de ces fentes ou entailles, de sorte que, lorsque ces ébauches sont soumises au laminage avec des cylindres "plans", en une série de passes, l'épaisseur du métal est réduite à des degrés différents et le métal est allongé différemment de façon correspondante, ce qui a pour ré- sultat de produire l'effet d'élargissement ou d'ouverture; des fentes ou entailles- Il en résulte clairement une réduction différente d'épaisseur, le long des fentes, du métal situé entre celles-ci.
Pour obtenir des degrés '.différents d'allongement du mé- tal entre des fentes ménagées dans un corps métallique, dans' le but d'ouvrir ces fentes, il n'est pas essentiel que ce métal ait des épaisseurs différentes, et il n'est pas non plus essen- tiel que l'ébauche soit soumise à plusieurs passes à travers les cylindres, ni que le produit terminé soit d'épaisseur uni- forme. La condition importante est qu'il y ait une réduction d'épaisseur différente- Il est clair que si une ébauche métal- lique, comportant des fentes, même si elle est d'épaisseur uni- forme, est laminée en travers des fentes de façon à réduire d ifféremment l'épaisseur du métal entre ces fentes, en donnant un produit d'épaisseur variable, les fentes seront élargies sous forme d'ouvertures.
Ceci serait exact même si l'on ne faisait qu'une seule passe à travers les cylindres, à condition que les cylindres soient profilés de manière à produire la- réduction différente d'épaisseur.
Bien que chacune des formes de réalisation de l'inven- tion représentées sur les dessins ci-joints indique des fen- tes ou entailles transversales initiales, il est évident que des
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ouvertures ou entailles ou des parties affaiblies de nature mar- quée sont des moyens équivalents. Il est également évident que, considérée dans son aspect le plus étendu, l'invention permet d'élargir ou agrandir des ouvertures de toute nature ménagées dans le métal.
L'invention est applicable à différents métaux, bien que son application à l'acier présente naturellement la plus grande importance économique.
Dans le laminage du métal pour produire le corps ajouré en acier, on peut suivre la pratique ordinaire. Le métal sera laminé à chaud, comme d'habitude, et, de préférence, l'entail- lage et le laminage du métal en vue d'ouvrir les fentes ou en- tailles suivront immédiatement le laminage de l'ébauche à par- tir du lingot, de façon à réaliser ainsi un seul procédé conti- nu.
Bien que la description particulière ci-dessus ait été limitée au laminage, comme étant le mode de travail mécanique habituellement le plus pratique, il est évident qu'on peut em- ployer d'autres modes de travail mécanique pour la réduction d'épaisseur.
Les avantages de l'invention ressortent clairement de ce qui précède. Elle permet la production directe de corps métal- liques ajourés, en même temps que la réduction mécanique d'é- paisseur habituelle. L'installation usuelle de laminage et d'entaillage est seule nécessaire. En ouvrant le métal en même temps qu'on produit l'opération de laminage, il est possible d'éviter des efforts excessifs affaiblissant le métal et de fabriquer un produit final possédant une résistance beaucoup plus grande et des propriétés plus uniformes que les produits obtenus par les procédés antérieurs connus, où le métal est soumis à différents efforts tels que des efforts d'étirage, de flexion et analogues.
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"Improvements in the production of perforated metal" The present invention relates to
EMI1.1
¯a pro0.D.utjO.rl of metal adj'our by leaving openings or other small openings in the metal and then mechanically working the metal between the slots so as to open or enlarge the openings .
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The invention has for the purpose of producing perforated metal concurrently with the rolling thereof, and as a direct consequence of the reduction in thickness resulting from this rolling.
The main object of the invention is to obtain openings in the metal without producing the undesirable stresses and strains resulting from the methods proposed hitherto. This result is achieved by enlarging openings in the metal during the mechanical working of the latter. As a consequence, not only the disadvantage of the previously known methods is avoided, but the favorable influences due to the mechanical work are obtained, as well as the economic advantage of obtaining the openings at the same time as the metal is worked and by the same. surgery.
It is already well known to make perforated sheets by slitting the metal and then opening the slits by stretching the sheet in a direction making an angle with the direction of the slits. This is of course a common method of preparing the metal called "expanded metal". The same general process has been applied to the manufacture of structural elements provided with wings, such as beams or columns, by making a large number of longitudinal slots in the web of the latter and by separating then the wings to produce an openwork or skeleton metal body. In such processes, the operation of lengthening the metal in order to produce the perforation systematically uses stretching with the inevitable consequence of producing stresses and weaknesses in the metal. .
It is also known to manufacture beams with perforated webs by first splitting the metal, so as to produce several strips extending lengthwise of the beam, then laminating the web, but not the wings, to lengthen these bands, and finally pulling the wings apart to produce an openwork or openwork core. In this kind of process, stretching efforts and weaknesses are also inevitable. Because of the lengthening of the bands
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to a greater degree than the rest of the metal of the beam, a wavy character is produced in them and, as the metal of the bands has a considerable degree of rigidity, the final operation of spreading the flanges in order to open the core must result in a significant degree of stretching.
In these known prior methods, it should also be noted that there is a positive separation or widening of the building element as a whole, to open the slits or to move the bands apart from each other.
The opening of the metal is not obtained as a result of rolling, but because of a more or less independent operation of separation and stretching.
It is also known to provide, in a sheet, transverse slots arranged in several zones, these slots being separated by zones of non-perforated metal. The sheet .. is subjected to a rolling operation along the non-perforated parts, but not in the split areas, so that the non-perforated metal undergoes a reduction in thickness and is thus somewhat elongated, with the consequence that the sides of the slits are separated to a certain extent so as to produce openings of more or less small dimensions.
It has also already been proposed, as an operation in the production of a perforated web in an I-beam, to laminate the wings without rolling the web, so as to produce the initial separation of strips arranged more or less diagonally by relation to the soul.
In these known prior processes, no considerable opening of the metal can be produced without parts of the metal being subjected to considerable stretching.
All of these known prior processes are essentially different from that which is the subject of the present invention not only in the mechanical and physical treatment of the worked metal, but also in the effects produced.
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In accordance with the invention, windows or equivalent openings or weakened parts are also provided in the metal, but instead of exerting a tensile or stretching force on the metal to open the slits, we work medically. - canonically the metal, including the parts of it in which the slits are actually located, so as to directly enlarge or widen these slits as a result of the mechanical work.
Instead of treating the metal so as to subject the slit parts to drawing tension to open the slits, as in the prior known methods, compressive forces are applied directly to the metal of the slit parts to widen the openings. the weakening influences of a stretching operation are avoided and at the same time the well-known improving effects due to mechanical work are obtained. Comparing the process according to the invention with those previously known, it becomes clear that in practically all kinds of mechanical work these generate tensile forces to a greater or lesser degree, but in operations such as rolling these forces are accompanied by compressive forces which cancel out the influence harmful from stretching.
The term "mechanical working" means rolling, forging, compressing, or any other equivalent operation, producing a reduction in thickness of the metal and its elongation.
The present invention consists in providing slits, openings, or notches in a part of a metal blank and then mechanically working this blank or parts thereof, including at least a significant fraction of the part containing. the openings, so as to elongate the metal of this part to different degrees to produce the perforation.
In other words, the invention consists in rolling the metal which actually contains the slots or openings, so as to reduce the thickness of the metal to different degrees pro-
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gradually along the slits or openings, so as to widen them and thus produce the perforation.
Further, in its preferred embodiments, the invention relates to perforated metal bodies, the metal of which is substantially free from strain and deformation.
The accompanying drawings show by way of examples different embodiments of the invention:
Figs. 1 to 10 inclusive are alternately cross-sectional and plan views showing different phases in the formation of a perforated beam by the process according to the invention.
Fig. 11 is a view in longitudinal section through the web of a blank, this view showing in elevation the cylinders producing the notches therein.
Fig. 12 is a cross-sectional view of a blank similar to that of FIG. 1, showing the application of the horizontal and vertical cylinders during the first pass.
FIG. 13 diagrammatically represents in cross-sectional view the various phases of the reduction in thickness to which the blank of FIG. 1 is subjected.
Fig. 14 shows a cross-sectional view of a blank similar to that of Fig. 1, but in which the core decreases substantially in thickness to the midline longitudinal line of the core.
Fig.15 is a plan view of a beam produced by rolling the blank according to Fig.14.
Fig.16 shows a cross-sectional view of a variant of the blank of fig.l, with a greater degree of curvature between the web and the wings.
Fig. 17 is similar to Fig. 16 and shows the same beam, but represents the cylinders applied to it.
Fig. 18 is a cross-sectional view of a beam, also similar to that of fig. 9, but differing from it in that it has a continuous curvature at
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from the wings to the flatter interior region of the soul.
Fig. 19 shows a cross-sectional view of a blank with wings, the core of which is divided into two similar longitudinal parts separated by a thickened longitudinal middle part.
Fig. 20 is a plan view of the same blank, split prior to the rolling operation.
Fig.21 is a cross-sectional view of the blank according to Fig.19 and 20, showing the application of the horizontal and vertical cylinders on this blank.
Figs. 22 and 23 show cross-sectional and plan views, respectively, of the same beam for an intermediate phase of rolling.
Figs. 24 and 25 are cross-sectional and plan views, respectively, of the completed beam.
Fig. 26 is a cross-sectional view of a blank comprising several thickened longitudinal parts with intermediate regions of varying thickness:
Fig. 27 is a plan view of this same blank, showing the regions between the thickened longitudinal portions provided with slits in an offset position.
Figs. 28 and 29 are cross-sectional and plan views, respectively, of a perforated sheet produced by rolling this blank according to Figs. 26 and 27.
Fig. 30 is a cross-sectional view of a plate-like blank, having thickened side parts, decreasing in thickness towards the inside of the blank, the middle part of the blank being practically uniform in thickness.
Fig. 31 is a plan view of a sheet or plate obtained by rolling from such a blank, showing the shape of the openings produced by such a cross-sectional profile of the blank.
Fig. 32 is a cross-sectional view of a blank
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che similar to that of fig. 30, but the thickness of which varies throughout the interval between the thickened side parts, and fig. 33 is a plan view of the product obtained by rolling the blank shown in the previous figure, this FIG. 33 showing how changing the cross-sectional profile changes the shape of the opening.
The invention will first be described in its application to the production of the beam shown in FIGS. 9 and 10, comprising wings 1 "" and a core 3 "":, provided with openings.
6 "". The phases representing the fabrication of this beam are shown in fig. 1 to 8 inclusive and are shown schematically in fig. 13.
The metal is rolled so as to produce the blank a, having in cross section the profile shown in fig.l and 12 and by the dashed outer lines in fig.13. The wings l. of this blank have a thickness greater than the 1 "" flanges of the finished beam. The web 2 comprises flat parts or regions 4, adjacent to the flanges, of a thickness substantially greater than the corresponding regions of the web 3 "" in the finished beam and of a thickness greater than the remaining parts of the core in the blank. The thickness of the web gradually decreases through part 5 to the flat interior area 3, which has substantially the same thickness as the web 3 "" of the finished beam.
The blank α is passed through a device producing slits or notches, conventionally shown in Fig. 11, to produce the slits or notches 6 in the web of the blank. These cuts 6, as shown, do not completely pass through the metal of the core and are more exactly notches than real slits. Although these notches, particularly where the cut is V-shaped as shown in the drawings and passes almost completely through the web, are especially effective and expand well to the shape of the desired openings during 'surgery
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From the following rolling, it is evident that other true notches or slits can be used successfully.
The device used to form these slits can be of any desired construction. It is shown as comprising two opposing rolls 7 and 8, the surface of the upper roll carrying a plurality of extended cutting ribs 9, arranged parallel to each other and to the axis of the cylinder. The cuts or notches 6 in the core extend in the transverse direction thereof; the ends of these notches reach roughly, or even penetrate slightly, into the thick parts 4 of the core.
After the notching operation, the blank is preferably rolled in a universal rolling mill of the Gray type. As is well known, this comprises a main gear reducer of thickness and an additional train, forming the edges of the wings. With regard to the invention, it is necessary to consider only the main gear reducer d. 'thickness.
This comprises horizontal cylinders 10 and 11 and vertical cylinders 12, the upper cylinder 10 being able to be moved towards or away from the lower cylinder 11, and the vertical cylinders 12 being able to be brought together or removed laterally one by one. the other,
The blank a is passed several times through this thickness reducing rolling mill, adjusting the position of the vertical rolls 12 so as to bring them closer to each other after each pass, so that the wings The thickness between these vertical rolls 12 and the somewhat chamfered side surfaces 10 and 11 of the horizontal rolls will be effectively reduced.
Likewise, after each pass, the position of the upper cylinder 10 is adjusted so as to bring it closer to the lower cylinder 11, thus gradually reducing the thickness of parts 4 and 5 of the core, and gradually lengthening thus the metal of these parts.
Attention should be drawn to the sequence of changes occurring in the core during its rolling, par-
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particular as indicated by changes in cross-sectional profile and widening of slits or openings. During the first pass of the blank through the rolls, only the parts of the web, adjacent to the flanges and between the ends of the slits, will be subjected to any rolling action with a reduction in thickness and an elongation. metal which are the consequence; passes by pass, an increasing part of the surface of the core will come into the field of action of these cylinders.
During the first pass, the flat parts or regions 14 and parts of the regions 5 of decreasing thickness, namely the parts adjacent to the regions 4 and included between the ends 6a of the slits 6, will undergo a reduction in thickness and an elongation; but, passing by pass, an increasingly large part of the regions 5 of decreasing thickness will come into the field of action of the rolls, until, during the last pass, the entire surface of the core will be in engagement with the cylinders.
This obviously means that the total amounts of thickness reduction and the total amounts of metal elongation between the slots, as a result of the action of all the passes, are progressively greater from the junction line 5a towards the end. outside to the region between the ends of the slits. It is also evident that the percentage reduction in thickness and consequent elongation is likewise progressively greater; that is, the reduction in thickness and elongation are gradually to a greater degree. The result of this gradual difference in thickness reduction and metal elongation between the slots is that these slots are widened to the shape of the 6 "" openings in the finished beam.
To explain more clearly what happens during rolling, we will try to bring out, in more detail than in the previous general explanation, the sequence of changes occurring in the core, also indicating the changes - which accompany in the wings (see in
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particularly fig. 1 to 10 inclusive).
During the first pass, the surfaces of the horizontal rolls 10 and II come into engagement with the planar surfaces of the regions 4 of the core @, compressing and elongating the metal and reducing its thickness. As is evident, this reduction thickness occurs not only in regions 4, but also takes place in adjacent regions 5, this effect decreasing inwardly due to the decreasing thickness section of these regions 5. This reduction in thickness is shown by it in fig. 13. Obviously, the amount of thickness reduction at each end of the core during this pass will be twice as much, since similar thickness reductions occur on both sides of the core.
During this same pass, each wing undergoes a reduction in thickness by the surfaces of the vertical cylinders 12, by an amount represented by t1 in fig. 13, proportional to the amount of reduction in thickness at each end of the web. , ie regions adjacent to the wings. Of course, in rolling there actually occurs a slight reduction in thickness of the wings in addition to that indicated by t1, namely the reduction in thickness occurring on the inner faces of the wings; it is relatively so small that it is negligible as regards the explanation of the present invention.
As a result of this first pass, the width of the planar region 4 is increased and became 4 'in Figs. 3 and 4.
The region of decreasing thickness 5 has narrowed to 5 '; the distance between the ends 6a of the slits is slightly increased and, as a consequence, the side edges of the slits 6 are somewhat spaced from each other so as to form openings 6 '.
The successive passes of the blank through the rolls of the rolling mill, - the horizontal rolls falling closer to each other after each pass, as well as the rolls
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vertical-, produce similar effects which are added-
Pass by pass, the horizontal cylinders come into engagement with wider flat regions 4 ', 4 "and 4"' of the core; each time the rolls encroach on the regions of decreasing thickness 5 ', 5 ", 5' '' which undergo a gradual reduction in thickness, until, in the final pass, the last difference in thickness of the web is removed and the surfaces of the horizontal cylinders engage the surfaces of the entire web, 3 "".
Phase by phase, the thickness of the core is thus reduced over an increasingly large area; at the start, the narrow band il, then i2, i3, i4, i5 and finally i6. As a consequence of these thickness reductions, the metal between the initial slots 6 and in region 4 is elongated in proportion to the degree of thickness reduction, the greatest elongation of the metal between the slots occurring between the end. 6 has slits, gradually decreasing inwardly of the beam to line 5 where the region 5 of decreasing thickness connects with the flat interior region 3 of the web.
This different elongation of the metal between the slits results in the gradual opening thereof, as shown in fig. 1 to 10 showing their successive phases, in 6 ', 6 ", 6", up to the openings. end 6 "" of fig.10.
Simultaneously, the wings go through phases l '1 ", 1" ", to finally reach the last phase 1" ". At each pass, they undergo substantially uniform reductions in thickness t1, t2 .... t6, each reduction in thickness being substantially proportional as the value to the simultaneous reduction in the thickness of the core in the region between the ends 6a of the slots 6 and the corresponding flange. The thickness of the wings is proportional to the corresponding reduction in thickness of the adjacent parts of the web, it is meant that, for any particular pass, the ratio of reduction in thickness of the wing to its thickness - sor before this pass is equal to the reduction ratio
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thickness of the adjacent part of the core to its thickness before the pass.
Therefore, the wings and the thicker portions of the core are substantially evenly elongated during the rolling operation. In other words, it can be said that the flanges and the adjacent regions of the core undergo a reduction in thickness to substantially the same degree.
The gradual reduction in core thickness should be especially noted. Because of the decreasing thickness profile of the region 5 of the core, the portion reduced in thickness with each pass of the blank between the rolls imperceptibly connects to the adjacent unreduced thick portion. sor of metal. For example, in the first pass, the metal is shown in Fig. 13 as undergoing a reduction in thickness, on each face of the core, of section 11. This section gradually decreases inward, becoming weaker and weaker until it connects to the metal which has not undergone any reduction in thickness.
It is the same for the successive thickness reductions i2 i 3 i4..i6. Correspondingly to and as a consequence of these reductions in thickness, the elongations of the metal between the slots during the various passes between the rolls are likewise gradual in nature. Just as the part which has undergone a reduction in thickness is joined to the part which has not undergone it, so also the elongation of the metal between the slits or openings with each pass decreases imperceptibly until the place where the elongated part connects to the part which has not undergone elongation.
It should also be noted that, not only are the reductions in thickness due to the different passes decreasing, but also that the sum of these reductions in thickness is also decreasing, that is to say that the total thickness reduction is gradually different.
It results from these conditions a very important advantage * If the metal undergoes a reduction in thickness such that a sudden demarcation plane occurs between the parts having
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undergone and those not having undergone a reduction in thickness, it would occur in the metal of weak parts and in some cases even of breaking forces. In particular, this would be correct if there was a sudden separation plane between the metal of the part which has undergone a reduction in thickness as a result of all the passes and the part which has not undergone any reduction in thickness. 'thickness. The metal which has not undergone a reduction in thickness would always be subjected to a greater or lesser degree of stretching, this degree of stretching depending on the degree of elongation in the parts which have undergone a reduction in thickness.
In addition, there would be shear forces, especially in the demarcation plane between the parts which have undergone and the parts which have not undergone a reduction in thickness. These harmful conditions are avoided by the fact that there is no abrupt transition between the regions where the metal has undergone and those where it has not undergone a reduction in thickness. Because of the gradual decrease in this reduction in thickness, the elongation of the metal between the apertures or slits in any part is substantially proportional to the amount of the reduction in thickness in that part. This necessarily means that the arrangement of the metal in the gaps between the apertures in the finished product depends entirely on the rolling conditions.
Obviously, during the various passes the beam elongates, the flanges as a result of the reduction in thickness which its metal undergoes, and the web as a result of both the reduction in thickness and the thickness. widening of the openings in this soul. Preferably, as indicated above, the elongation of the flanges and adjacent regions of the core, inwardly thereof, until the beginning of the interval between the ends of the slits 6a, should be substantially equal to avoid generating efforts.
It is evident that not only in this exemplary embodiment of the invention, but also in those which follow, the
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drawings should not be considered limiting. The relative dimensions of the parts, the number of passes, the shapes of the openings and the like are given only by way of example and can be deviated significantly in practice without departing from the scope of the invention.
It should also be noted that, in the example given above, more or less ideal conditions have been shown. For example, fig. 13 shows that the reductions in thickness t1, t2 .... t6 are approximately equal, as are the reductions in thickness il, i2 .... i6, but it is evident that In practice, the rolling worker may reduce the thickness to a greater degree in one pass than in another, depending on the conditions. Likewise, it has been mentioned that the reductions in thickness of the flanges and of the web are preferably proportional; in the practical rolling of a beam it can sometimes be advantageous to deviate somewhat from this principle. It is, however, good to avoid variations in thickness such that they would involve excessive forces.
Although the embodiment shown and described above shows the essential principles of the invention, there are many possible variations thereof. For example, the profile of the blank in cross section can be modified in different ways to vary the shape of the openings.
The beam blank b of fig. 14 is a variant of the blank a of fig. l. It has thickened wings 13, and flat regions 15, similar in all respects to the corresponding parts 1 and 4 of the blank a of fig.l.
However, the regions 16 of decreasing thickness differ from the corresponding regions 5 of the blank a, in that the decrease in thickness continues to substantially the longitudinal center line of the core instead of stopping at. a relatively considerable distance from this line, as in the outline a. This blank b is rolled in the same way
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and under the same conditions as the roughing, but because of the continuous variation of thickness of the web between the regions
15, it is necessary to conduct the rolling so as to reduce the thickness of the core almost to the center line thereof.
Naturally, it will result from this that the wings 17 of the finished product will be similar to the wings 1 "" of Fig. 9, but the openings 18 will differ in shape from the openings produced from the blank a, in that they will have a curvature. continuous instead of having more or less straight edges in the transverse direction of the core, as is the case in the embodiment described first.
The blank c of fig.l6 is similar for most points of view to that of fig.l. The wings 19 are practically identical to the wings 1 of the blank a; the core 20 is likewise very similar to the core 2, since it comprises the flattened region 22, corresponding to the flattened region 3 of the blank a and regions of decreasing thickness 23 similar to the regions of thickness. decreasing 5 of this blank a;
the only difference consists in that, while the regions of the core, adjacent to the wings, are flat in the blank a, they are curved, as indicated at 21, in the blank b. For some purposes such a curvature appeared to have certain advantages over planar regions. Fig. 17 shows this blank in position, at an initial stage of the process, between the rollers of a rolling mill train. universal. Obviously, after the first pass, the cross-sectional profile will be approximately the same as that of the corresponding phase of the rolling of the blank a.
The blank of fig. 18, provided with wings 24, comprises a core 25, the interior regions of which 28 are flat like the corresponding regions of the blank a (fig. 1), and a region of decreasing thickness 27 , like region 5 of the embodiment described above, but differing from this blank in that there is no planar region 4; on the contrary, the curve of the region of decreasing thickness connects to
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the curve of the inner faces of the wings and of the web, as indicated at 26, Although this shape of the blank is not the preferred one, it is quite simple to roll and may be advantageous in certain circumstances.
Figs. 19 to 25 inclusive show the application of the invention to the production of a beam or joist, having a large number of approximately circular openings disposed in a relative position offset on either side of the longitudinal center line of the beam. 'soul. The blank of Figs. 19 and 20, comprising the thickened wings 29, is provided with a thickened region 30, arranged along the median longitudinal line of the core, and corresponding thickened regions 31, near the wings. The thickness of the core, in each of the zones 32 between the thickened regions 30 and 31, gradually decreases in curved form from the two regions 30 and 31 to substantially the midlines of these intermediate zones 32.
These intermediate zones have slits 33, arranged transversely and in a relative offset position. Fig. 21 shows this blank in the rolling process during the first pass. The horizontal cylinders 10 and 11 will naturally first come into engagement with the thickened regions 30 and 31, reducing the thickness thereof as well as that of the adjacent parts of the intermediate curved profile zones 32. As in the first. Example described above, the reduction in thickness will result in a corresponding elongation of the metal, the elongation of the metal between the slots corresponding to the degree of reduction in thickness.
Obviously, as in the first example, the degree of elongation of the metal between the slits will gradually decrease inwardly, so as to avoid stretching and the production of forces in the parts which have not undergone a reduction in thickness. .
Figs. 22 and 23 represent an intermediate phase in the rolling of this blank. The wings 29 'are considerably thinner than the primitive wings 29; the thickened regions 30 'and 31' were likewise considerably thinned
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and expanded; region 32 has been substantially narrowed in 32 '.
The different reduction in metal thickness between the slits opened them, as shown at 33.
Rolling is continued until the core has been reduced to a uniform thickness, indicated at 34 in the finished product (fig. 24). The openings are enlarged until they have the shape shown at 33 "(fig. 25). The shape of these openings is approximately circular, due to the continuously varying thickness of area 32 in the blank. - primitive che.
Figs. 26 to 29 inclusive represent the application of the invention to the production of a perforated sheet. The blank ± comprises several thickened regions 36, arranged longitudinally, with intermediate zones 37 of gradually varying thickness, similar to the zones 32 between the thickened regions in the blank of Figs. 19 and 20. The rough outline (fig.
26) has several offset slits 38, arranged transversely between the thickened regions 36. When this blank is rolled lengthwise of the thickened portions until a flat sheet of uniform thickness, this will result in the sheet 40 provided with openings of approximately circular shape 39. The same conditions for widening the openings as in the previous example are naturally obtained here.
Figs. 30 to 35 inclusive show the application of the invention to the formation of metallic bodies not comprising wings. FIGS. 30 and 31 show the production of a plate-like body, with openings having straight side edges, while Figs. 32 and 33 show a variation of the invention applied to the production of curved openings.
The blank ± of fig. 30 comprises thickened side regions 41, extending in the longitudinal direction of the blank, and between these regions 41 a region having a planar middle part 42 and parts 43, of decreasing thickness. from
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regions 41 toward the middle portion 42. When this blank is provided with transverse slits and is rolled lengthwise to a uniform thickness, the resulting plate-shaped body will have apertures 46 with portions of it. curved end 47 and straight transverse edges 48.
It should be noted that there are here practically the marl conditions that in the rolling of the core of the blank a in fig. 1, the only difference between the blanks -, and a residing in the fact that the blank ± has no wings'
Compared to the previous example, the blank h of Fig. 32 has thickened regions 44, gradually tapering off in region 45 to the midline thereof.
When this blank is slit transversely and is rolled until a body of uniform thickness is formed, the resulting openings 49 will have a continuous curvature, as shown at 50, instead of having side edges. or straight cross members 48 as in the previous example. This result is evident from the fact that there is a different reduction in thickness and elongation of the metal between the slots, substantially throughout the region enclosing the slots. slits.
In the various particular embodiments shown, the openings produced are symmetrical, although it is obvious that it would be possible to obtain non-symmetrical openings, if desired.
Attention should be paid to certain other aspects of the products obtained by the process according to the invention. Obviously, the very fact that the apertures are produced during mechanical work contributes to giving special characteristics to the finished bodies. The metal possesses through all these bodies substantially the same qualities as those which it would possess if it had not been formed with openings in these bodies.
The metal is substantially unaltered by the fact that openings are produced during the rolling operation. On the contrary, the metal of the perforated bodies produced by the prior known processes has certain drawbacks, due to the operations.
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more or less independent tions used to produce the openings; the metal of these bodies is invariably weakened, bent, or otherwise deformed to a greater or lesser degree.
The difference between the bodies obtained by the present invention and those obtained by the prior known methods is obvious, not only from the point of view of the mechanical superiority in the properties of the metal, but also from the point of view of the differences in the texture of the metal. . As a result of a rolling action or other mechanical work, the metal acquires an elongated crystalline texture, the general distribution of elongation being determined by the direction of the mechanical work. For example, as a result of rolling an I-beam, the metal of the core will have its crystal texture elongated in the general longitudinal direction of the beam.
However, as a result of the formation of openings in rolled metal by prior known methods, for example by punching the metal, slitting it longitudinally and laterally spreading it, and by similar operations, this tex The metal is altered in various ways, the most obvious being a bending or deformation of the metal with corresponding changes in the texture of the metal. On the contrary, in the products obtained by the process according to the invention, since there is no appreciable degree of bending or other deformations, and since the openings are produced at the same time as the normal rolling, there is no does not produce such changes in the texture of the metal. The metal has a longitudinal arrangement in texture to the edges of the openings.
Unlike the products obtained by the prior known methods, the texture of the metal in the bodies produced in accordance with the present invention is substantially the same near the edges of the openings as at any other location on the body.
For example, an openwork beam with flanges, made in accordance with the present invention, will have the elongated crystalline texture of the web disposed longitudinally thereof over its entire extent, even in the metal located near the edges.
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same edges of openings.
Of course, in the production of bodies having no wings, suitable rolling mill trains will be employed, with the single plate rolling mill being suitable.
In the embodiments shown and described by way of example, the regions of the blanks including the slits or notches have been shown to have gradually decreasing thicknesses along these slits or notches, so that when these blanks are subjected to pressure. rolling with "plane" rolls, in a series of passes, the thickness of the metal is reduced to different degrees and the metal is elongated correspondingly differently, which has the result of producing the widening effect or opening; slits or notches - This clearly results in a different reduction in thickness, along the slits, of the metal between them.
In order to achieve different degrees of elongation of the metal between slits in a metal body, for the purpose of opening these slits, it is not essential that this metal have different thicknesses, and it is not essential that this metal have different thicknesses. It is also not essential that the preform be subjected to several passes through the rolls, nor that the finished product be of uniform thickness. The important condition is that there is a different reduction in thickness. It is clear that if a metal blank, having slits, even if it is of uniform thickness, is rolled across the slits so to reduce d ifferently the thickness of the metal between these slots, giving a product of variable thickness, the slots will be widened in the form of openings.
This would be correct even if only a single pass were made through the rolls, provided that the rolls were profiled so as to produce the different reduction in thickness.
Although each of the embodiments of the invention shown in the accompanying drawings indicates initial transverse slits or notches, it is evident that
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openings or notches or weakened parts of a marked nature are equivalent means. It is also obvious that, considered in its most extensive aspect, the invention makes it possible to widen or enlarge openings of any kind made in the metal.
The invention is applicable to different metals, although its application to steel is naturally of the greatest economic importance.
In the rolling of the metal to produce the steel perforated body, ordinary practice can be followed. The metal will be hot rolled, as usual, and preferably scoring and rolling the metal to open the slots or notches will immediately follow the rolling of the blank from it. ingot, so as to achieve a single continuous process.
Although the above particular description has been limited to rolling, as being the usually most convenient mechanical working mode, it is obvious that other mechanical working modes can be employed for thickness reduction.
The advantages of the invention appear clearly from the above. It allows the direct production of perforated metal bodies, together with the usual mechanical reduction of thickness. Only the usual rolling and notching installation is necessary. By opening the metal at the same time as the rolling operation is produced, it is possible to avoid excessive stresses weakening the metal and to produce a final product having much greater strength and more uniform properties than the products obtained. by the prior known methods, where the metal is subjected to various forces such as stretching, bending and the like.