EP0040568B1 - Dispositif d'amélioration de l'aspect superficiel des tôles laminées et recuites - Google Patents

Dispositif d'amélioration de l'aspect superficiel des tôles laminées et recuites Download PDF

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EP0040568B1
EP0040568B1 EP81400773A EP81400773A EP0040568B1 EP 0040568 B1 EP0040568 B1 EP 0040568B1 EP 81400773 A EP81400773 A EP 81400773A EP 81400773 A EP81400773 A EP 81400773A EP 0040568 B1 EP0040568 B1 EP 0040568B1
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metal sheet
cylinder
sheet
cylinders
traction
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EP0040568A1 (fr
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Pierre Allée Charles Beaudelaire Delfolie
Bernard Allée Alfred de Musset Francois
Marc Grumbach
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Clecim SAS
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Clesid SA
Clecim SAS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D1/00—Straightening, restoring form or removing local distortions of sheet metal or specific articles made therefrom; Stretching sheet metal combined with rolling
    • B21D1/05—Stretching combined with rolling

Definitions

  • the invention is in the field of sheet metal hardening and relates more particularly to obtaining an acceptable surface condition for subsequent treatments such as metal coating, painting, etc.
  • the thin sheets after rolling and annealing are generally curled, blistered, wavy on the edges and the middle part, which is not without drawbacks for subsequent treatments. This is why industrial trains are usually fitted with various devices intended to minimize these defects, such as leveling lines.
  • the object of the invention is precisely to provide sheets whose appearance is acceptable for surface treatments.
  • the subject of the invention is a device essentially composed of one or more cylinders with radii at most equal to approximately 75 times the thickness of the sheet and further comprising means for giving the sheet a winding angle on each cylinder. between 10 ° and 40 ° and means for ensuring a traction between 20% and 80% of the elastic limit of the sheet.
  • their respective diameters are in a ratio between 1.5 and 2.5 and they are preferably arranged in order of increasing diameters in the direction of movement of the sheet.
  • the spacing of their respective axes is at least equal to three times the radius of the cylinder of largest radius.
  • the spacing of the bands is therefore less and at most equal to half the length of plastic contact between the sheet and the cylinder. It is therefore possible to adjust the spacing of the strips by acting on the parameters indicated above and, by making this spacing sufficiently small, to obtain sheets where the vermiculations are practically no longer discernible with the naked eye. This condition is met in particular when the distance between the strips is much less than their width.
  • the length of plastic contact between the sheet and the cylinder and, consequently, the spacing of the strips depends in particular on the radius of the deformed cylinder.
  • the flattening of the latter is evaluated, in this particular case, as in the case of any rolling cylinder, based on the rolling force.
  • the constants A and B are representative of the operating conditions. An approximate value, sufficient to evaluate the value to which I must be less, can be calculated from the expressions:
  • deformation bands 1 obtained by work hardening, using cylinders, on a thin sheet already brought, by rolling, to the desired final thickness. These bands are in the form of dark horizontal lines because they are hollow relative to the surface 2 of the sheet which therefore appears in clear on the photo.
  • the vermiculures 1 are practically equidistant and have a well-defined periodicity. They arise in the grip on the surface of the sheet, parallel to the axis of the cylinders and propagate towards the inside of the sheet.
  • FIGS. 2 and 3 essentially comprise cylinders C (FIG. 1), C 1 , C 2 , C 3 (FIG. 2) which give the sheet T, of thickness e, sufficient work hardening to obtain tight deformation bands.
  • the sheet, supported on these non-driven cylinders, is subjected to a tension greater than 20% of the elastic limit to be deformed superficially.
  • the means provided for exerting tension are not shown in the figures, because, advantageously, the device according to the invention can be inserted into an already existing work hardening line, preferably between the finishing cages and the leveling systems, or before winding, the running speed and the traction then being imposed by the characteristics of the work hardening line.
  • the radius R of the cylinder C and the radii R i , R 2 , R 3 respectively of the cylinders C 1 , C 2 , C 3 are chosen so as to obtain the desired deformation, such that their ratio to the thickness of the sheet is less than 75.
  • angles a, ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 formed by the sheet T, and respectively the cylinders C, C 1 , C 2 , C 3 are between 10 ° and 40 °, which, in the case of the device shown in Figure 2, requires that the rollers are not too close together.
  • the spacings D 1 and D 2 are chosen which are at least equal to three times the radius of the largest cylinder, in this case C 3 .
  • a device according to the invention comprising a single cylinder, was introduced.
  • the latter with a diameter of 30 mm, is placed between a tensioning block and the hardening rolling mill.
  • the winding angle of the sheet on this cylinder is approximately 30 ° and the tensile force is between 50 and 100 N / mm 2 , or 25 to 50 N per mm of width.
  • the laminated sheet has a thickness of about 0.5 to 0.6 mm and its width is close to 1000 mm.
  • the constants A and B in the particular case under consideration, a being equal to 0.15 for a steel cylinder, have respectively the value 6 and 0.01, which gives, for the spacing 1 of the deformation bands, a value less than therefore a value less than 0.5 mm. After work hardening, this initial spacing leads to an excellent surface condition.
  • the invention is not limited, in its application to rolling lines comprising leveling systems such as those envisaged, but can be implemented wherever it is necessary to adjust the spacing of the deformation bands, in particular in the case of wound sheets.
  • it is it limited to a narrow category of sheets, but although thin sheets are generally understood to be less than 6 mm thick, they can be used for thicker sheets provided that the means are available. '' apply the necessary deformation.
  • the number of cylinders constituting the implementation device is not limited, but it will be advantageous, in each particular case, to use the minimum number to obtain the desired work hardening. For thin sheets, a single cylinder is generally sufficient.

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Description

  • L'invention se situe dans le domaine de l'écrouissage des tôles et concerne plus particulièrement l'obtention d'un état de surface acceptable pour des traitements ultérieurs tels que revêtement métallique, peinture, etc...
  • Les tôles minces après laminage et recuit sont généralement gondolées, cloquées, ondulées sur les rives et la partie médiane, ce qui n'est pas sans inconvénients pour des traitements ultérieurs. C'est pourquoi les trains industriels sont habituellement munis de dispositifs divers destinés à minimiser ces défauts, tels que lignes de planage.
  • Dans le cas des aciers présentant un palier à la limite d'élasticité, c'est-à-dire qui ne se déforment pas de façon homogène dans les premiers pour cent de déformation plastique, on utilise des systèmes d'écrouissage tels que le skin-pass et l'anticotelage. Ces procédés ont notamment pour conséquence de produire des déformations concentrées dans des bandes apparaissant en creux à la surface de la tôle. Ces bandes, généralement désignées par le terme vermiculures, ne sont pas gênantes pour de nombreux usages, mais elles sont incompatibles avec certains traitements superficiels, notamment la peinture ou les revêtements métalliques tels que la galvanisation.
  • On connaît, en particulier par la demande de brevet français publiée sous le n° 2 398 805, des dispositifs comportant des rouleaux sur lesquels on fait passer une tôle laminée en continu pour obtenir une déformation plastique de cette tôle. Mais ces dispositifs, qui visent principalement l'amélioration des propriétés magnétiques des tôles travaillées, utilisent des diamètres de rouleaux et des arcs d'enroulement de la tôle sur les rouleaux qui ne conduisent pas à l'amélioration de l'état de surface de la tôle.
  • L'invention a précisément pour but de fournir des tôles dont l'aspect soit acceptable pour des traitements superficiels.
  • L'invention a pour objet un dispositif composé essentiellement d'un ou plusieurs cylindres de rayons au plus égaux à environ 75 fois l'épaisseur de la tôle et comprenant en outre des moyens pour donner à la tôle un angle d'enroulement sur chaque cylindre compris entre 10° et 40° et des moyens pour assurer une traction comprise entre 20 % et 80 % de la limite d'élasticité de la tôle. Dans le cas où le dispositif comporte plusieurs cylindres, leurs diamètres respectifs sont dans un rapport compris entre 1,5 et 2,5 et ils sont, de préférence disposés par ordre de diamètres croissants dans le sens de déplacement de la tôle. L'écartement de leurs axes respectifs est au moins égal à trois fois le rayon du cylindre de plus grand rayon.
  • L'invention s'applique de façon particulièrement avantageuse au cas de la flexion sous traction, l'écartement I des bandes de déformation est alors maintenu inférieur à l'expression :
    Figure imgb0001
    où
    • R est le rayon du cylindre,
    • e l'épaisseur de la tôle,
  • A et B des constantes, fonctions de la traction et de l'angle d'enroulement de la bande dont on peut calculer, dans chaque cas particulier, une valeur approchée à l'aide des expressions :
    Figure imgb0002
    Figure imgb0003
    où
    • a est la constante élastique du cylindre,
    • a l'angle d'enroulement de la tôle sur le cylindre, exprimé en radians ;
    • T la tension de la tôle, exprimée en kN/mm de largeur ;
    • at la traction de la tôle, exprimée en N/mm2 ;
    • <7o la limite d'élasticité de la tôle, exprimée en N/mm2 ;
    • ep la longueur du palier à la limite d'élasticité de la tôle.
  • Comme on le comprend, les bandes de déformation, lors de l'écrouissage d'aciers présentant un palier à la limite d'élasticité, apparaissent de façon inévitable. Le demandeur a donc été amené à chercher non à supprimer ce phénomène, puisque c'est impossible, mais à la rendre peu gênant pour les applications envisagées. Au cours de ses travaux, il s'est rendu compte que le nombre des bandes dépendait du mode de déformation, des caractéristiques du matériau et de la vitesse de déplacement de la tôle. En général, les contraintes de traction sont insuffisantes pour créer des bandes en dehors de la zone de contact, les bandes naissent donc dans cette zone, puis se propagent vers l'intérieur de la tôle. Il faut, pour des raisons de compatibilité entre zone plastique et zone élastique, qu'il y ait toujours au moins une bande dans la zone de contact, l'écartement des bandes est donc inférieur et au plus égal à la moitié de la longueur de contact plastique entre la tôle et le cylindre. On peut donc régler l'écartement des bandes en agissant sur les paramètres indiqués plus haut et, en rendant cet écartement suffisamment faible, obtenir des tôles où les vermiculures ne sont pratiquement plus discernables à l'oeil nu. Cette condition est remplie notamment lorsque la distance entre les bandes est très inférieure à leur largeur. En faisant déjà apparaître des bandes de déformation en nombre suffisant, par un écrouissage approprié, avant entrée dans le système de planage, on obtient à la sortie de ce dernier, qui ne fait qu'en augmenter le nombre, le résultat recherché.
  • Dans le cas particulier de la flexion sous traction, la longueur de contact plastique entre la tôle et le cylindre et, par conséquent, l'écartement des bandes, dépend notamment du rayon du cylindre déformé. L'aplatissement de ce dernier s'évalue, dans ce cas particulier, comme dans le cas de tout cylindre de laminage, à partir de la force de laminage. On arrive donc, après simplification, à l'expression que doit vérifier l'écartement 1 des bandes pour obtenir le résultat souhaité :
    Figure imgb0004
    e étant l'épaisseur de la tôle et R le rayon du cylindre non déformé. Les constantes A et B sont représentatives des conditions opératoires. Une valeur approchée, suffisante pour évaluer la valeur à laquelle I doit être inférieur, peut être calculée à partir des expressions :
  • Figure imgb0005
    Figure imgb0006
    dont les symboles ont été explicités plus haut.
  • L'invention sera de toutes façons bien comprise au vu de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple purement illustratif, en référence aux planches de dessin annexées sur lesquelles :
    • la figure 1 est une photographie de bandes de déformations,
    • la figure 2 schématise une variante d'exécution, comportant un seul cylindre, du dispositif selon l'invention,
    • la figure 3 représente une autre variante comprenant plusieurs cylindres.
  • Sur la figure 1, on peut voir des bandes de déformation 1, obtenues par écrouissage, à l'aide de cylindres, sur une tôle mince déjà amenée, par laminage, à l'épaisseur finale désirée. Ces bandes se présentent sous forme de lignes horizontales sombres car elles sont en creux par rapport à la surface 2 de la tôle qui apparaît donc en clair sur la photo. Les vermiculures 1 sont pratiquement équidistantes et présentent une périodicité bien déterminée. Elles naissent dans l'emprise à la surface de la tôle, parallèlement à l'axe des cylindres et se propagent vers l'intérieur de la tôle.
  • Les deux variantes d'exécution du dispositif selon l'invention, représentées sur les figures 2 et 3, comprennent essentiellement des cylindres C (figure 1), C1, C2, C3 (figure 2) qui confèrent à la tôle T, d'épaisseur e, un écrouissage suffisant pour obtenir des bandes de déformation serrées. La tôle, appuyée sur ces cylindres non entraînés, est soumise à une tension supérieure à 20 % de la limite d'élasticité pour être déformée superficiellement. Les moyens prévus pour exercer la tension ne sont pas représentés sur les figures, car, avantageusement, le dispositif selon l'invention peut s'insérer dans une ligne d'écrouissage déjà existante, de préférence entre les cages finisseuses et les systèmes de planage, ou avant le bobinage, la vitesse de défilement et la traction étant alors imposés par les caractéristiques de la ligne d'écrouissage.
  • Le rayon R du cylindre C et les rayons Ri, R2, R3 respectivement des cylindres C1, C2, C3 sont choisis de manière à obtenir la déformation souhaitée, tels que leur rapport à l'épaisseur de la tôle soit inférieur à 75.
  • Les angles a, α1, α2, α3 formés par la tôle T, et respectivement les cylindres C, C1, C2, C3 sont compris entre 10° et 40°, ce qui, dans le cas du dispositif représenté sur la figure 2, nécessite que les rouleaux ne soient pas trop rapprochés. De préférence, on choisit les écartements D1 et D2 au moins égaux à trois fois le rayon du cylindre le plus gros, en l'occurence C3.
  • Un exemple d'application, concernant une ligne d'écrouissage où la tôle est soumise à une flexion sous tension, le dispositif selon l'invention étant disposé avant ce système d'écrouissage, donné à titre purement illustratif, permettra de mieux comprendre l'invention.
  • Sur une ligne de traitement, suivie d'écrouissage, un dispositif selon l'invention, comportant un seul cylindre, a été introduit. Ce dernier, d'un diamètre de 30 mm, est placé entre un bloc tensionneur et le laminoir écrouisseur. L'angle d'enroulement de la tôle sur ce cylindre est d'environ 30° et l'effort de traction est compris entre 50 et 100 N/mm2, soit 25 à 50 N par mm de largeur. La tôle laminée a une épaisseur d'environ 0,5 à 0,6 mm et sa largeur est voisine de 1 000 mm. Les constantes A et B, dans le cas particulier considéré, a étant égal à 0,15 pour un cylindre d'acier, ont respectivement pour valeur 6 et 0,01, ce qui donne, pour l'écartement 1 des bandes de déformation, une valeur inférieure à
    Figure imgb0007
    donc une valeur inférieure à 0,5 mm. Après écrouissage, cet écartement initial conduit à un excellent état de surface.
  • L'invention n'est pas limitée, dans son application à des lignes de laminage comportant des systèmes de planage tels que ceux envisagés, mais peut être mise en oeuvre partout où il est nécessaire de régler l'écartement des bandes de déformation, notamment dans le cas de tôles bobinées. Elle n'est pas non plus limitée à une catégorie étroite de tôles, mais bien que par tôles minces on entende généralement d'épaisseur inférieure à 6 mm, on peut l'employer pour des tôles plus épaisses à condition d'avoir les moyens d'appliquer la déformation nécessaire. De même, le nombre de cylindres constituant le dispositif de mise en oeuvre n'est pas limité, mais on aura intérêt, dans chaque cas particulier, à employer le nombre minimum pour obtenir l'écrouissage souhaité. Pour des tôles de faible épaisseur, un seul cylindre est généralement suffisant.

Claims (6)

1. Dispositif d'amélioration de l'aspect superficiel de tôles laminées et recuites, caractérisé en ce qu'il est formé essentiellement d'un ou plusieurs cylindres de rayons au plus égaux à environ 75 fois l'épaisseur de la tôle et en ce qu'il comprend, en outre, des moyens pour donner à la tôle un angle d'enroulement sur chaque cylindre compris entre 10° et 40° et des moyens pour assurer une traction comprise entre 20 % et 80 % de la limite d'élasticité de la tôle.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de plusieurs cylindres, les rapports des diamètres de ces derniers sont compris entre 1,5 et 2,5.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les diamètres des cylindres sont croissants dans le sens de déplacement de la tôle.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'écartement des axes des cylindres successifs est au moins égal à trois fois le rayon du cylindre de plus grand rayon.
5. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 au cas de la flexion sous traction, caractérisée en ce que l'écartement des bandes de déformation est rendu inférieur à l'expression
Figure imgb0008
où
R est le rayon du cylindre,
e l'épaisseur de la tôle,
A et B des constantes fonctions de la traction et de l'angle d'enroulement de la bande, dont une valeur approchée est fournie par les expressions
Figure imgb0009
Figure imgb0010
où
a est la constante élastique du cylindre,
a l'angle d'enroulement de la tôle sur le cylindre, exprimé en radians ;
T la tension de la tôle, exprimée en kN/mm de largeur ;
σt la traction de la tôle, exprimée en N/mm2 ;
σo la limite d'élasticité de la tôle, exprimée en N/mm2 ;
Ep la longueur du palier à la limite d'élasticité de la tôle.
EP81400773A 1980-05-16 1981-05-15 Dispositif d'amélioration de l'aspect superficiel des tôles laminées et recuites Expired EP0040568B1 (fr)

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