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"Procédé et dispositif pour la fabrication continue de tubes sans soudure, en particulier en fer et alliages de fer".
Il est connu de fabriquer des tubes sans soudure sur des trains laminoirs continus, en faisant passer un tube percé préalablement, par exemple au laminoir à cylindres obliques, à travers des passes successives comportant des
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rouleaux plans ou des cylindres réducteurs à surface active de forme appropriée, maintenus en rotation à une vitesse déterminée.
Dans les laminoirs continus de ce genre connus jusqu'ici, la réduction de l'épaisseur de la paroi du tube, obtenue à chaque passe, est assez limitée, en raison des formes employées jusqu'ici pour la surface active des cylindres, ce qui nécessite un nombre élevé de cages porte-cylindres successives - on a installé des trains continus comportant neuf à vingt-et-un cages, - pour réduire l'épaisseur de l'ébauche à celle finale des tubes d'emploi courant.
En effet, les passes successives ont en général une force al- ternativement ovale et ronde ou, de toute façon, telle que la réduction-maxima d'épaisseur, et ainsi l'élonga- tion maxima, se produisent au fond de la gorge des cylin- dres, d'où dérive un frottement considérable dû au déra- page entre la pièce et le cylindre, une dépense excessive de force motrice, une expansion latérale inévitable de la pièce, avec pénétration dans l'espace libre entre les parties cylindriques en regard des cylindres, et la forma- tion de cordons ou d'ailettes, ce dernier inconvénient tendant à augmenter à mesure que l'épaisseur se réduit.
La nécessité de prévoir un nombre élevé de cages oblige, dans les trains continus connus actuellement, de disposer les cages très près l'une de l'autre, de manière que les
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cylindres de plusieurs cages successives sont simulta- nément en prise. Cela entraîne des difficultés pour la commande des différentes cages, car les vitesses de rota- tion conférées à leurs cylindres doivent être en un rap- port correct entre elles pour ne pas provoquer un étirage ni un bossage du tube, et provoque, de plus, des vitesses relatives diverses entre le mandrin de guidage du tube et les parois de ce dernier, ce qui donne lieu à un dérapage.
Ces effets, combinés avec la compression exercée par les cylindres sur les parois du tube, soumettent le métal du tu- be à des sollicitations importantes, augmentent l'usure des mandrins et la tendance du métal à l'expansion latérale et à la pénétration entre les bords des cylindres.
Il en dérive la nécessité de partir de berres à parois déjà très minces , qui exigent l'emploi d'un matériau de première qualité, apte à supporter'les sollicitations im- portantes du percement à chaud poussé jusqu'à la limite nécessaire.
Cette invention a pour objet un laminoir continu pour la fabrication de tubes et le calibrage des cylindres, par lequel les inconvénients mentionnés ci-dessus sont élimi- nés, et qui permet l'emploi, comme matériau de départ, d'a- ciers ordinaires, tels que l'acier Thomas, l'acier Bessemer, sous forme de lingots à section carrée ou de blooms, à section beaucoup plus grande que celle des barres rondes employées jusqu'ici, pour obtenir la même dimension du
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tube fini sur les laminoirs continus.
Dans ce but, l'invention utilise des passes ayant les profils et la succession décrits ci-après, lesquelles per- mettent des réductions considérables de section et, ainsi, l'emploi d'un nombre limité de cages dans le train continu, en offrant la possibilité de réduire le nombre total des cages et de les éloigner l'une de l'autre dans la mesure nécessaire pour qu'il n'y ait qu'une cage à la fois en prise sur le tube à travailler, ce qui évite les inconvénients énoncés ci-dessus.
Les dessins montrent, de façon schématique le procédé objet de l'invention et des exemples pour sa réalisation. la figure 1 est le schéma du premier groupe de réduction de l'ébauche.
La figure l'est une section transversale suivant 1-1 de l'ébauche suivant la figure 1.
Les figures 2 et 3 montrent la section de l'ébauche passant respectivement entre les rouleaux plans et les cy- lindres réducteurs du groupe montré à la figure 1.
La figure 4 représente le profil des cylindres et des rouleaux du premier groupe illustré en figure 1.
La figure 5 montre schématiquement, en élévation la- térale, un laminoir continu à quatre groupes de réduction selon l'invention.
La figure 5a est une continuation de la figure 5 se rae-
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cordant suivant les lignes A-A.
La figure 6 en est une vue en plan.
La figure 6a est une continuation de la figure 6 se rac- cordant suivant les lignes B-B.
La figure 7 représente les variations de la section de l'ébauche au cours de son passage entre la première paire de cylindres du premier groupe, ayant pour fonction de faire adhérer le mandrin et entre les paires de cylindres et rou- leaux des paires des différents groupes, indiquées par les numéros I, II, III, IV. V.
La figure 8 représente, enfin, le schéma d'une instal- lation du type montre aux figures 5 et 6 accouplée à un laminoir à cylindres obliques.
L'ébauche eu corps creux 1 (illustré en coupe transversa- le et longitudinale en figure 1 et le) et enfilé sur le mandrin cylindrique 2, est poussé, en même temps que ce dernier, vers une paire de cylindres commandés 4, ayant une gorge à calibre circulaire légèrement élargie sur les cô- tés. La fonction de cette paire de cylindres est d'exercer sur l'ébauche une légère réduction, de façon à la: faire adhérer au mandrin (qui est ainsi entraîné dans le mouvement d'avancement imprimé par les cylindres); de plus elle force l'ébauche à travers un système composé de quatre rouleaux ou cylindres plans 5 (fous ou commandés), qui ont pour but de produire sur la partie extérieure de l'ébauche quatre zones longitudinales planes.
Immédiatement après la cage @
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où sont logés les rouleaux plans 5, se trouvent celles qui portent les cylindres 6, lesquels constituent le calibre de réduction proprement dit. Les gorges des cylindres forment un calibre circulaire ayant un rayon égal à la moitié environ de la distance entre deux des zones planes parallèles formées précédemment. Par ce système de calibres on peut obtenir des réductions de section de l'ordre de 50% par rapport à la section qui précède l'entrée entre les rouleaux, plans 5.
Cet- te forte réduction est obtenue grâce au fait que tant le fond que les côtés de la gorge des cylindres sont libérés du..tra- vail de réduction qui a déjà été accompli par les rouleaux plans, tandis que la pression maximum de réduction est exercée par les cylindres dans les quatre zones du calibre intermédiaire entre le centre du fond et le bord des côtés de la gorge. Dans ces quatre zones, les vitesses périphé- riques sont presque égales, d'où ne dérivent que des compo- sentes de valeur négligeable tendant à élargir le matériau en phase de déformation plastique d'allongement.
Le profil demi-circulaire des gorges est corrigé en élar- gissant les côtés, et, éventuellement, le fond de la gorge par un raccord tangentiel ou courbe à rayon légèrement supé- rieur à celui du calibre. Ces évasements locaux assurent une plus longue durée des cylindres.
L'angle d'entrée des cylindres ne ..constitue pas une limite à la réduction du diamètre, car les quatre zones planes for- mées précédemment facilitent la prise, qui est, en outre,
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facilitée par le mouvement imprimé au matériau, soit par les rouleaux plans, soit par la première paire de cylindres à gorge 4.
La figure 3 donne une représentation graphique du calibre de réduction. Les flèches verticales indiquent les quatre acnés où la pression est plus grande.
Dans une réalisation pratique, il suffit de trois à cinq groupes, analogues à celui décrit, pour réduire un corps creux, de grande épaisseur, en un tube du type commercial* Ce groupes peuvent être actionnés par une commande unique ou par plusieurs commandes séparées ou en groupes.
En tous cas, chaque paire de cylindres effectuant une grande réduction de diamètre entre en prise quand l'extrémi- té arrière de la pièce en travail, a abandonné la paire à forte réduction précédente; de cette façon, on élimine les dérapages du matériau en' traitement par rapport soit aux cylindres, soit au mandrin.
A la sortie de la dernière cage de réduction, le tube adhère fortement au mandrin. Pour l'en détacher, on peut procéder de diverses façons connues, c'est-à-dire :
La d ernière paire de réduction présente une petite sail- lie de la paroi du tube au droit des zones de sortie. Après la dernière cage est disposée une paire de cylindres à axes verticaux ayant un calibre de forme ovale, le fond de la gorge de ces cylindres agit sur la saillie susdite, donnant ainsi au tube son épaisseur définitive aussi dans cette zone.
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Etant donné que la forms ovale du calibre permet l'expansion latérale du matériau, on obtient un tube de profil ovale qui n'adhère au mandrin que dans les deux zones longitudinales où la réduction d'épaisseur a eu lieu. Une deuxième paire de cylindres à axes horizontaux, disposée à la suite de la pré- cédente, n'en diffère que par le profil des gorges qui forment un calibre circulaire dont le diamètre est la moyenne des deux paramètres de l'ovale précédent.
On aura ainsi un tube d'un diamètre extérieur légèrement supérieur par rapport à celui qui a été obtenu dans la der- nière cage de réduction et dont le diamètre intérieur sera par conséquent légèrement supérieur à celui du mandrin. Au moyen des mécanismes couramment employés dans des procédés d'autre genre, on extrait alors le mandrin qui est amené la- téralement et parallèlement au train jusqu'à la zone adjacente à la position initiale, où il est convenablement refroidi et remis en circulation.
Un utre système pour détacher le tube du mandrin est celui communément employé dans d'autres procédés, qui consiste à soumettre le tube, adhérant au mandrin, à l'action d'une machine à cylindres inclinés qui effectuent sur le tube un faible laminage dans le sens radial et selon un pas, ou spi- rale, déterminé par 1' inclinaison des cylindres.
Cette opération donne lieu à uns légère augmentation du diamètre du tube et rend ainsi aisée l'extraction du mandrin.
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En adoptent ce procédé le saillie de la paroi dans la dernière cage de réduction dont il a été question n'est plus nécessaire.
Etant donnée la possibilité de grandes réductions dans une seule cage du laminoir, il n'est plus nécessaire de produire des corps creux à paroi très mince, mais il suffit d'avoir des ébauches absolument normales.
On pourra employer convenablement, comme matière première des lingots carrés ou blooms laminés, d'une qualité d'acier quelconque, même des plus communes, telles que celles moins affinées obtenues au Bessemer et au Thomas.
Par l'emploi du laminoir continu décrit, on pourra fabri- quer des tubes sans soudure à un prix sensiblement inférieur celui des tubes fabriqués par n'importe quel autre système, y compris les tubes obtenus en soudant bord à bord une bande laminée à chaud.
En se référant aux figures 5 à 7,1 indique le mandrin et
2 l'ébauche. 3 indique un dispositif de poussage (en soi même connu), ayant pour fonction de forcer le mandrin dans l'ébauche, puis ce dernier entre la première pairs de cylindres horizon- taux commandés 4, lesquels, comme il a été décrit précédemment, ont pour but d'exercer une légère réduction destinée à faire adhérer l'ébauche au mandrin et à pousser l'ensemble, en même tempes, entre les quatre roulecux plans 5, dont les axes sont disposés dans le même plan vertical. Dans l'installation illustrée, des quatre rouleaux représentés en 5, les deux,
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à axe horizontal, sont commandes et ont un diamètre supérieur aux deux rouleaux à axe vertical qui sont fous.
Comme il a déjà été dit, l'ensemble des quetre rouleaux peut être monté fou.
6 indique la première paire commandée de cylindres de ré- duction à axe horizontal. Il y a lieu de préciser que, dans le cas où les quatre rouleaux 5 ne sont pas commandés, la distance entre la paire de cylindres 4 et la paire de cylindres 6 doit être inférieure à la longueur de l'ébauche qui sort des cylindres 4.
L'ensemble des cylindres et rouleaux 4, 5 et 6 forme le premier groupe; les sections respectives de l'ébauche résul- tant de l'action de cet ensemble de cylindres du premier groupe sont indiquées par 4', 5', 6' dans la figure 7.15 indique un canal qui sert à guider le mandrin et l'ébauche sortant de la paire 6 vers le deuxième groupe. 7 correspond une série de quatre rouleaux plans, semblables à ceux indi- quées par 5. Au moins deux de ces rouleaux, et préférablement ceux à axes horizontaux, sont commandés. 8 indique la deuxième paire de cylindres de réduction, dont la distance des cylin- dres 6 devra être quelque peu supérieure à la longueur de l'ébauche sortant des dits cylindres 6.
71 et 8' (figure 7) montrent les sections de l'ébauche à la sortie des cylindres respectifs du deuxième groupe constitué justement par l'ensemble des cylindres 7 et 8.
9 et 10 représentent le troisème groupe, semblable au second,
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et 11 et 12 le quatrième groupe.
13 et 14 représentent les deux paires de rouleaux servant à détacher le tube du mandrin selon le premier des deux systèmes ci-dessus décrits.
Le tmbe renfermant le mandrin sort du canal 16, duquel il est transporté rapidement dans le canal 17. L'extrémité posté- rieure du mandrin est saisie par un dispositif qui en effectue l'extraction. Ce dispositif, constitué par deux chaînes continues en forme de chenille, est déjà connu. Ou bien, on peut employer, pour assumer la même fonction, la varian- te d'une filière, dont le chariot saisit l'extrémité posté- rieure du mandrin et l'extrait du tube. Ces deux dispositifs sont connus et communs à d'autres procédés.
Le canal, à rouleaux transporteurs 19, amène le mandrin vers le poste de refroidissement 20, duquel il est enlevé pour être remis en fonction dans le cycle de production. Il est évident que, dans la pratique, pour obtenir la conti- nuité du rythme de travail, on emploie normalement plu- sieurs mandrins.
21 indique le moteur de commande; dans l'exemple représen- té il n'y a qu'un moteur. Par l'intermédiaire des deux axes longitudinaux 22, des engrenages coniques 23, des boîtes à engrenages 24, des manchons 25 et des allonges 26, on transmit le mouvement aux cylindres. Il va de soi que la commande peut être effectuée aussi à l'aide de plusieurs moteurs et, précisément, chaque paire de cylindres, ou groupe de cylindres, peut être commandé par un moteur indépendant .
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27 représente le groupe de commande des cylindres 13 et 14, qui d&ns l'exemple illustré, est pourvu d'une commande in- dépendante.
Ce dispositif peut, dautre part, être actionné au moyen de renvois par le moteur qui commande le train.
On a donné ci-dessus un exemple de réalisation. On peut prévoir d'autres possibilités, par exemple trois rouleaux commandés ou quatre rouleaux tous ou en partie commandes.
La figure 8 représente schématiquement une installation comme la précédente, associée à un laminoir à cylindres obli- ques. Dans cette installation, les lingots carrés ou blooms, employés comme matériau de départ et chauffés dans le four 40, sont transformés en corps cre/aux, avec ou sans fond, par la presse poinçonneuse 42. Le laminoir oblique 43 réduit la section du corps creux ou ébauche, l'allonge et corrige en même temps les défauts éventuels d'uniformité de la section.
A la sortie du laminoir oblique 43 les ébauches passent au train continu que l'on vient de décrire.
REVENDICATIONS.
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