Procédé de laminage d'une ébauche et laminoir pour sa mise en oeuvre
La présente invention a pour objet un procédé de laminage d'une ébauche et un laminoir pour la mise en oeuvre de ce procédé, applicable en particulier au laminage d'une ébauche métallique relativement épaisse.
Ce procédé de laminage d'une ébauche dans lequel on soumet l'ébauche à au moins deux passages de laminage pour produire à la sortie du deuxième passage une pièce de section droite sensiblement égale à une section requise est caractérisé en ce qu'on fixe l'ouverture du deuxième passage à une valeur déterminée par la section requise de ladite pièce, et on commande l'ouverture de ce premier passage pour que la section de l'ébauche entrant au deuxième passage soit comprise dans une gamme qui permet à l'ouverture déterminée du deuxième passage de produire une pièce de section droite égale à cette section requise.
Le laminoir pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens par lesquels l'ouverture du deuxième passage est maintenue à une valeur déterminée, et des moyens de commande pour commander l'ouverture de passage dans l'avantdernier passage en fonction des dimensions de la section de la pièce obtenue, en rapport avec les dimensions de la section de la pièce requise.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme de mise en oeuvre du procédé et trois formes d'exécution du laminoir pour sa mise en oeuvre.
Les fig. 1 à 4 sont des diagrammes illustrant ce procédé,
les fig. 5 à 7 sont des vues schématiques respectives de ces trois formes d'exécution.
Considérons une ébauche de section droite rectangulaire. Cette section d'ébauche est déformée par une réduction de hauteur et une augmentation de largeur quand elle passe entre des rouleaux parallèles horizontaux, séparés par une ouverture de passage inférieure à l'épaisseur de l'ébauche qui s'y présente. L'augmentation de largeur varie avec la réduction imposée, avec le rapport hauteurZlargeur et avec le diamètre des rouleaux. D'autres facteurs, comme la tension, peuvent intervenir, mais dans tous les cas, pour un laminoir déterminé, les facteurs dont il faut tenir compte sont effectivement fixés, et pour une ébauche particulière, il existe une relation unique entre la réduction et l'accroissement comme l'indique la fig. 1.
La caractéristique OP définit le domaine des sections de l'ébauche sortante, en termes de réduction de hauteur AH, et d'augmentation de largeur AB, relativement à une origine O représentant la hauteur A et la largeur B de l'ébauche entrante, la courbe pouvant être obtenue avec des variations de l'ouverture de passage et, par conséquent, de la hauteur.
Ainsi l'origine O représente le laminage avec une ouverture supérieure ou égale à la hauteur de l'ébauche entrante de façon qu'il ne se produise ni réduction, ni accroissement, tandis que, lorsque l'ouverture de passage diminue, la réduction et l'accroissement se produisent pour former une section intermédiaire (A - AH) X (B + AB).
Si la section de l'ébauche varie depuis la section donnée mentionnée ci-dessus, il en résulte des caractéristiques différentes indiquées en lignes mixtes et on peut voir que ces caractéristiques ne coïncident pas.
De même, lors du deuxième passage entre deux rouleaux verticaux, la section finale requise pour l'ébauche peut être laminée à partir d'une seule gamme de sections intermédiaires d'ébauches entrantes sans changer l'ou- verture du dernier passage, et cette gamme peut être représentée par une courbe caractéristique telle que OP de la fig. 2, I'origine O représentant maintenant la section
A x B requise par réduction de largeur AB et augmentation de hauteur AH à partir de la section intermédiaire de l'ébauche entrante, produite lors du premier passage: (AÅaH) X (B + f AB).
Au lieu d'avoir des rouleaux parallèles verticaux au deuxième passage, on pourrait aussi tourner la section transversale de l'ébauche de 900 et la faire passer entre des rouleaux horizontaux.
Considérons maintenant le laminage d'une ébauche rectangulaire à une section finale désirée. I1 est évidemment rare que l'ébauche entrante présente une section tombant dans cette seule gamme de sections d'ébauche telle que la section requise puisse être produite par un seul passage. Toutefois, la section requise peut être produite en deux passages, normalement le dernier et l'avantdernier passage de la séquence habituelle des passages.
La manière dont ce résultat peut être atteint est représentée graphiquement à la fig. 3 qui combine effectivement les caractéristiques des fig. 1 et 2.
En bref, le point Pt représente une section d'ébauche A1 x Bt immédiatement avant l'avant-dernier passage et la courbe P1 - P2 représente la seule gamme des sections qui peuvent être laminées à partir de cette ébauche, comme à la fig. 1. L'origine O représente la section d'ébauche finale requise A x B et la courbe O-P2 représente la seule gamme des sections intermédiaires entrantes au dernier passage, où l'ébauche est laminée perpendiculairement au premier passage. Ces sections peuvent aboutir à la section finale requise comme à la fig. 2. Les deux courbes présentent une intersection unique P2 qui représente la section intermédiaire A2 x B2 à produire par l'avant-dernier passage pour que le dernier passage produise la section recherchée.
Ainsi, en tenant compte du fait que les passages successifs en laminant l'ébauche épaisse sont effectués conventionnellement avec des plans de laminage perpendiculaires par rapport à l'ébauche, I'avant-dernier passage doit se faire avec une ouverture de passage établie de façon à produire une réduction de hauteur AA et une augmentation de largeur AB1 telles que A1 - AA1 = A2, et B1 + AB1 = B2 et le premier passage doit se faire avec une ouverture constante pour produire une réduction de largeur AB2 et une augmentation de hauteur hA2 telles que A2 + AA2 = A et B2 - AB2 = B.
Pour une section de départ différente, représentée par - P1,, il se produit une intersection différente P2' et un laminage correspondant différent est possible pour produire la section finale désirée.
Il est important de remarquer que la section finale requise de l'ébauche est produite par passage dans une ouverture déterminée en commandant le réglage de l'ouverture du passage précédent pour produire une section intermédiaire qui sera soumise au second passage, cette section intermédiaire étant laminée à la section finale requise avec l'ouverture déterminée. La fixation effective de l'ouverture du second passage est directement produite par le réglage de l'ouverture dans la plupart des genres de laminoirs en rapport avec le procédé décrit, car les billettes, les tiges et autres pièces de ce genre sont normalement rigides, c'est-à-dire qu'elles ne montrent pas d'élasticité. ni d'allongement pendant le laminage.
Toutefois, si l'ouverture du dernier passage varie par rapport au réglage initial au détriment de la précision désirée, on peut alors utiliser des dispositifs de commande automatique semblables à ceux utilisés pour la commande des dimensions des bandes afin de maintenir l'ouverture de ce passage à la valeur déterminée.
Il faut noter aussi que les réductions de dimensions effectuées ne doivent pas être assez fortes pour donner naissance à un renflement des côtés de la section.
La commande automatique du laminage pour produire une section rectangulaire donnée, comme cidessus, en deux passages, peut être réalisée par un dispositif de commande à prédétermination basé sur les mesures d'une section entrante au premier des deux passages et sur des caractéristiques déterminées se rapportant à la réduction et à l'étalement tels qu'ils se produisent dans le ou les étages du laminoir à travers lesquels passe l'ébauche. Cela peut être obtenu en employant une variété de relations obtenues théoriquement pour la réduction et l'étalement ou par des relations dérivant empiriquement de passages d'essai.
En outre, ce qui a été dit précédemment pour une ébauche de section rectangulaire est valable également pour d'autres sections produites par des passages dits de profilage, bien que la question de l'étalement soit plus complexe car la réduction n'est pas constante en travers de l'ébauche et l'étalement est influencé, par conséquent, par des effets de cisaillements longitudinaux.
La signification de cette complication est que l'étalement, et par conséquent la réduction effective de l'aire de la section dépend du profil de la réduction et n'est pas en relation simple avec la hauteur et la largeur de la section entrante dans un passage de profilage.
Néanmoins, des sections rectangulaires équivalentes peuvent être obtenues et utilisées pour les calculs de l'étalement en relation avec les passages de profilage.
Dans chaque cas, même si des relations analytiques simples, telles que celles exprimées par les fig. 1 et 2 ne peuvent être formulées, il existe une gamme de sections qui correspondent à tout passage de profilage donné, ce qui est représenté à la fig. 4 en référence à une ébauche de section rectangulaire entrant dans une ouverture de passage ovale. Il faut noter que la section entrante doit être d'une hauteur au moins égale à la hauteur de l'ovale et d'une section ayant au moins l'aire de l'ovale. Les relations dont il a été question précédemment peuvent être déterminées empiriquement.
De même, des gammes de contours existent pour d'autres formes d'ébauches entrantes produites par un passage précédent, et un cas particulièrement intéressant est celui d'une séquence losange-carré. Pour une dimension donnée de la section de l'ébauche introduite dans l'avant-dernier passage en losange, une gamme de sections de losanges de différents degrés de remplissage peut être obtenue en faisant varier l'ouverture de ce passage; et pour le dernier passage carré, il existe une gamme de sections de losanges produits par des réglages différents de l'ouverture du passage intermédiaire, chacun présentant une largeur respective qui peut donner un produit final précis.
Ainsi, comme pour le laminage d'une ébauche de section rectangulaire entre des rouleaux parallèles, l'ouverture de passage peut être commandée par un produit de section en losange intermédiaire qui peut, à son tour, être laminé aux dimensions de section carrées requises.
En pratique cependant, I'étendue de la commande de l'avant-dernier passage, permettant d'obtenir la section requise, est probablement plus restreinte et peut nécessiter une commande automatique lors des passages précédents ou une diminution du nombre de passages non réglés.
Il faut remarquer, dans chaque cas, que le procédé envisagé ici n'est pas limité à la commande des passages à la fin d'une séquence, mais qu'il trouve également une application dans les cas où la précision de la section de la pièce intermédiaire est importante. Envisageons maintenant le côté pratique après les considérations théoriques précédentes sur un dispositif purement à prédéter mination. Toutefois, d'autres dispositifs sont possibles et peuvent être basés sur la réaction, ou être à la fois à prédétermination et à réaction.
Dans un dispositif simple de correction par réaction, on peut utiliser la variation de la section intermédiaire de l'ébauche entrante par rapport à la section finale requise dans un étage du laminoir continu, pour commander l'ouverture de passage de l'étage précédent, l'ouverture de l'étage destiné à fournir la section requise étant maintenue, de façon à produire cette section requise pour une section intermédiaire correcte. Ainsi, l'erreur dans la largeur ou la hauteur de la section de sortie est destinée à modifier l'ouverture de l'étage précédent, en conséquence.
Revenons au dispositif de commande à prédétermination mentionné précédemment. Ce dispositif est avantageusement appliqué aux laminoirs à inversion en plus des laminoirs continus. Toutefois, alors que ce dispositif détermine les réglages spécifiques de l'ouverture de passage pour la paire de passages associée, il est important que les passages travaillent avec une ébauche de section uniforme sur toute sa longueur. On peut éviter cette restriction en contrôlant la section intermédiaire produite par le premier passage et en effectuant une correction par réaction, en fonction des variations à partir de la section finale requise. du dispositif à prédétermination pour le passage final.
A nouveau, dans un dispositif à prédétermination appliqué à un laminoir continu, il peut être avantageux de contrôler la section produite par le second passage pour déterminer les relations sur lesquelles la commande à prédétermination du passage précédent est basée.
La fig. 5 montre une ébauche 10 au cours de l'avantdernier passage dans un laminoir à inversion dont la vis de réglage peut être ajustée sous la commande d'un appareil de commande 12. Une jauge 13 mesure la hauteur et la largeur de l'ébauche sortant du laminoir. Dans l'appareil de commande 12 sont envoyés une information concernant la pièce finale désirée sortant du dernier passage du laminoir à inversion, les mesures de la hauteur et de la largeur données par la jauge 13, l'information relative à la dimension de la tige avant le laminage, le diamètre des rouleaux de l'avant-dernier passage et le coefficient d'étalement de la tige.
A chaque séquence de laminage ou passage est associée une série de valeurs correctes pour les dimensions de l'ébauche quittant chaque passage. Pour produire une section finale précise, les déviations de la hauteur et de la largeur de la pièce laminée à partir de l'avant-dernier passage doivent obéir à une relation qui peut être représentée par une équation linéaire dans laquelle les valeurs mathématiquement pondérées des erreurs dans la hauteur et la largeur sont égales à zéro ou à une valeur constante. L'appareil de commande 12 est agencé pour modifier le réglage de l'étage 1 1 du laminoir pendant l'avantdernier passage de manière qu'on obtienne une section en accord avec cette relation. La pondération des erreurs peut être déterminée empiriquement au lieu de l'être mathématiquement.
L'appareil de commande 12 peut être un calculateur numériqueanalogique dont le programme contient la pondération des erreurs sur la hauteur et la largeur.
L'étage 1 1 peut comprendre une commande automatique de jauge ou un dispositif semblable de jauge pour le dernier passage afin de maintenir l'ouverture de passage de ce dernier passage à une valeur constante désirée et l'élasticité de l'étage est suffisante pour le garantir.
Le réglage idéal pour l'avant-dernier passage est celui qui donne à l'ébauche se présentant au dernier passage une section telle, comparativement à l'ouverture au cours du dernier passage, que la pièce sortant du dernier passage présente la section désirée.
La fig. 6 montre un laminoir à plusieurs étages comportant un dispositif de commande très simple. Une telle commande est appropriée, si l'espace entre les étages est petit, comparativement à la longueur totale de la tige à laminer. Une tige 14 est représentée dans un avantdernier étage 15 commandé et dans un dernier étage 16.
Si l'élasticité de l'étage 16 est suffisante pour le garantir, cet étage peut comprendre une commande automatique de jauge pour maintenir l'ouverture de passage à la valeur constante désirée. Les plans de laminage des étages 15 et 16 sont perpendiculaires l'un à l'autre. Une jauge 17 mesure la largeur de la tige quittant l'étage 16.
Cette mesure est envoyée avec l'indication de la largeur désirée dans un circuit différentiel 18 et toute erreur de largeur est envoyée dans un circuit de commande 20 destiné à régler lavis de l'étage 15. Le réglage idéal de l'étage 15 est atteint quand cet étage fournit à l'étage 16 une tige d'une section intermédiaire telle, comparée à l'ouverture de passage de cet étage, que la tige sortant de l'étage 16 présente la section désirée.
La fig. 7 montre un laminoir à étages multiples comprenant un dispositif de commande. Une billette 21 est représentée quand elle passe à travers des étages 22 et 23, un avant-dernier étage 24 commandé et réglable et un dernier étage 25. Les plans de laminage des étages successifs sont mutuellement perpendiculaires. Si l'élasticité de l'étage 25 le permet, cet étage peut comprendre une commande de jauge automatique pour maintenir l'ouverture de passage à la valeur constante désirée. Une jauge 26 mesurant la hauteur et la largeur de la billette peut être disposée entre les étages 23 et 24 ou entre les étages 24 et 25. Une autre jauge 27 mesure la hauteur et la largeur de la billette déchargée de l'étage 25.
Un appareil de commande 28 a reçu information de la hauteur et de la largeur réelles de la billette provenant de la jauge 27, la hauteur et la largeur de la billette provenant de la jauge 26, la dimension finie requise de la billette, une information relative à la dimension de la pièce avant le laminage, le diamètre des rouleaux des étages 24 et 25 et le coefficient d'étalement de la billette.
Le signal de l'appareil de commande est envoyé à l'étage 24 pour régler l'ouverture de passage de cet étage.
A chaque séquence de laminage est associée une série de valeurs correctes pour les dimensions de la billette quittant chaque étage. Pour produire une billette 25 aux dimensions exactes désirées à la sortie de l'étage 24 (laminée par l'étage 21) mesurées par la jauge 26 représentée en lignes pleines, peuvent être compensées en produisant une déviation de réglage correct de l'ouverture dans l'étage 24. Ces déviations à partir des valeurs correctes doivent obéir à une relation qui peut être représentée par une équation linéaire dans laquelle les valeurs mathématiquement pondérées des erreurs sur la hauteur et la largeur de la pièce entrant dans l'étage 24 et la déviation du réglage 24 sont égales à zéro ou à une valeur constante. L'appareil de commande 28 est agencé et construit pour déterminer (ou calculer) la valeur de la déviation du réglage afin que cette relation soit obtenue.
La pondération des erreurs peut être déterminée empiriquement mais, dans une mise en oeuvre préférée de ce procédé, elle peut être mise à jour ou corrigée en observant, avec la jauge 27, les erreurs qui se produisent dans la billette sortant du dernier étage 25.
Au moyen d'une technique mathématique d'analyse par récurrence utilisant ces erreurs, la pondération des erreurs de la hauteur et de la largeur de la billette entrant dans l'étage 24 et la correction à faire dans l'ouverture de passage de cet étage peuvent être réglées de façon que les erreurs soient éliminées dans la billette sortant du dernier étage 25. L'appareil de commande 28 qui assure les calculs de correction et détermine les équations de commande de correction peut être un calculateur numérique ou analogique.
En variante, on peut utiliser la technique de l'appareil de commande de la fig. 7. Dans ce cas, la jauge 26 est placée dans la position indiquée en traits mixtes et les erreurs mesurées sont celles de la pièce qui entre dans l'étage 25. Le réglage de l'ouverture de l'étage 24 est tel que la somme pondérée des déviations dans la hauteur et la largeur est égale à zéro ou à une valeur constante. Les corrections de cette pondération peuvent être faites comme décrit précédemment en utilisant la jauge 27.
Le réglage idéal de l'étage 24 est celui qui permet d'envoyer à l'étage 25 une billette ayant une section telle, comparée à l'ouverture de passage de cet étage, que la billette sortant de l'étage 25 présente la section désirée.
A l'exception d'un dispositif simple de correction à réaction, les méthodes de commande de dimensions décrites ici dépendent de la tension, nulle ou constante, de l'ébauche entre le dernier et l'avant-dernier étage.
Toute variation de ce paramètre a un effet sur les relations illustrées par les fig. 1 et 2. On a développé des techniques pour éviter la tension entre les étages en permettant entre eux la formation de boucles pour les tiges et les barres et les opérateurs des laminoirs continus (billette) utilisent des techniques de commande des laminoirs qui permettent de maintenir une tension négligeable entre les étages.
REVENDICATION I
Procédé de laminage d'une ébauche dans lequel on soumet l'ébauche à au moins deux passages de laminage pour produire à la sortie du deuxième passage une pièce de section droite sensiblement égale à une section requise, caractérisé en ce qu'on fixe l'ouverture du deuxième passage à une valeur déterminée par la section requise de ladite pièce, et on commande l'ouverture de ce premier passage pour que la section de l'ébauche entrant au deuxième passage soit comprise dans une gamme qui permet à l'ouverture déterminée du deuxième passage de produire une pièce de section droite égale à cette section requise.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Procédé selon la revendication I, utilisant un laminoir à inversion, caractérisé en ce que les passages s'effectuent dans un laminoir à inversion à une seule paire de rouleaux.
2. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que des paires de rouleaux d'un laminoir fournissent les passages.
3. Procédé selon la sous-revendication 2, caractérisé en ce que les plans de laminage des passages successifs sont mutuellement perpendiculaires par rapport à la section de la pièce.
REVENDICATION II
Laminoir pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens par lesquels l'ouverture du deuxième passage est maintenue à une valeur déterminée, et des moyens de commande pour commander l'ouverture de passage dans l'avant-dernier passage en fonction des dimensions de la section de la pièce obtenue en rapport avec les dimensions de la section de la pièce requise.
SOUS -REVENDICATIONS
4. Laminoir selon la revendication II, du type à inversion, caractérisé en ce que les passages sont pourvus d'une seule paire de rouleaux de laminoir à inversion.
5. Laminoir selon la sous-revendication 4, caractérisé par des moyens de mesure de l'ébauche à sa décharge de l'avant-dernier passage, l'arrangement étant tel que le signal de sortie des moyens de mesure influence les moyens de commande.
6. Laminoir selon la revendication II, caractérisé en ce que les paires des rouleaux du laminoir ménagent lesdits passages.
7. Laminoir selon la sous-revendication 6, caractérisé en ce que les plans de laminage des passages successifs sont mutuellement perpendiculaires.
8. Laminoir selon la sous-revendication 6, caractérisé par des moyens de mesure de l'ébauche à sa décharge du dernier des passages, l'arrangement étant tel que le signal de sortie des moyens de mesure influence les moyens de commande.
9. Laminoir selon la sous-revendication 6, caractérisé par des moyens de mesure de l'ébauche à sa déchargé d'un passage immédiatement en amont de l'avant-dernier passage et avant l'entrée dans cet avant-dernier passage, l'arrangement étant tel que le signal de sortie des moyens de mesure influence les moyens de commande.
10. Laminoir selon la sous-revendication 6, caractérisé par des moyens de mesure de l'ébauche à sa décharge de l'avant-dernier passage et avant son entrée dans le dernier passage, l'arrangement étant tel que le signal de sortie des moyens de mesure influence les moyens de commande.
11. Laminoir selon la sous-revendication 9 ou 10, caractérisé par des seconds moyens de mesure de l'ébauche à sa décharge du dernier passage, l'arrangement étant tel que le signal de sortie de ces seconds moyens de mesure influence les moyens de commande.
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