EP0345241B1

EP0345241B1 - Procédé pour la fabrication d'un profilé laminé comportant une partie ondulée et installation destinée à cet effet

Info

Publication number: EP0345241B1
Application number: EP89870077A
Authority: EP
Inventors: Jean Marcel Julien Ecrepont
Original assignee: Cockerill Sambre SA; Profilarbed SA
Current assignee: Profilarbed SA
Priority date: 1988-06-03
Filing date: 1989-05-30
Publication date: 1992-03-11
Anticipated expiration: 2009-05-30
Also published as: ES2029566T3; ES2029566T5; EP0345241A1; ATE73515T1; CA1313315C; DE68900960D1; EP0345241B2; BE1001122A3; US4967581A

Description

La présente invention est relative à un procédé pour la fabrication de profilés laminés tel qu'un U ou une poutrelle, plus particulièrement une poutrelle en I, comportant une partie ondulée notamment une aile ou une âme.
Elle concerne également une installation particulière destinée à cet effet.
Par le brevet US-A-4 251 973, on connaît une poutrelle en ayant une âme ondulée soudée aux semelles. En outre, on y décrit un procédé de fabrication dans lequel une âme plane est soudée à une paire de semelles et la poutrelle ainsi constituée passe entre deux cylindres emboutissant l'âme de la poutrelle de manière désirée.
Une poutrelle du type susmentionné est toutefois soumise à d'importantes tensions internes. En effet, la soudure crée dans la poutrelle des tensions qui risquent de la déformer et/ou d'en gauchir les semelles. De plus, le laminage d'une partie de l'âme implique un allongement de celle-ci avec comme conséquence une réduction de son épaisseur. Il en résulte également des tensions élevées sur les soudures entre l'âme et les semelles et des tensions internes dans l'âme, vu les déformations différentielles. Ces tensions risquent également de déformer la poutrelle finie et/ou de la gauchir. En outre, ces tensions peuvent avoir une influence défavorable sur le comportement de la poutrelle et notamment sur sa résistance mécanique aux divers efforts auxquels elle peut être soumise lors de son utilisation. De plus ce procédé implique nécessairement un acier soudable.
Par le document LU-A-83 044 (SUMITOMO METAL), on connaît un procédé de fabrication d'une poutrelle en I, à âme ondulée en son milieu, selon lequel on forme des ondulations dans une partie médiane de l'âme d'une poutrelle en 1 ordinaire finie au moyen de deux cylindres qui s'engrènent de manière complémentaire. Conformément à ce procédé, l'augmentation de la longueur développée de l'âme ondulée à partir de la longueur rectiligne d'une âme plane avant formation des ondulations est assurée par la réduction de l'épaisseur de l'âme sous l'effet du travail de formation des ondulations.
De la description et des dessins, il résulte que la poutrelle en 1 à âme ondulée est obtenue à partir d'une poutrelle ordinaire finie et ce à l'aide d'une ou plusieurs opérations de laminage entre deux cylindres structurés opposés. En effet, le supplément de longueur est apporté par la réduction de l'épaisseur de l'âme grâce à l'action de deux cylindres structurés, ce qui provoque évidemment des tensions internes et un écrouïssage important de la matière et, de ce fait, une cambrure ou une torsion de la poutrelle en I. La titulaire du brevet susmentionné tente de rémédier à cet inconvénient en formant les ondulations dans l'âme en deux ou plusieurs passes. Cependant le problème des tensions internes n'est pas du tout résolu et, de plus, le procédé est assez onéreux.
Par le document FR-A-744 933, on connaît des profilés métalliques à âme de section localement réduite, obtenus par simple laminage.
Ce document ne mentionne pas la fabrication d'un profilé laminé comportant une partie ondulée. En outre, le passage d'un profilé du type décrit dans les étapes de procédé du brevet LU-A-83 044 (SUMITOMO) mènerait à l'obtention d'un produit dont la section de la partie réduite serait encore amincie par laminage, ce qui conduirait aux mêmes inconvénients que ceux repris ci-dessus.
Selon un premier aspect de la présente invention, celle-ci cherche à fournir un procédé simple pour la fabrication d'un profilé du type susmentionné, et d'un coût pratiquement équivalent à celui d'une poutrelle normale.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir un procédé de fabrication d'un profilé du type susmentionné qui ne présente pas les inconvénients des procédés connus dans l'état de la technique et qui permet, plus particulièrement, la fabrication aisée de profilés laminés comportant une partie ondulée qui présente un minimum de tensions résiduelles et de contraintes internes.
Selon un autre aspect, l'invention vise à fournir une installation d'un type nouveau pour la fabrication desdits profilés.
Conformément à la présente invention, les profilés laminés comportant une partie ondulée, plus particulièrement des poutrelles en 1 à âme ondulée sur une partie de sa hauteur, sont obtenues dans les étapes opératoires suivantes:

- on procède au laminage classique de manière connue en soi jusqu'à obtention d'une ébauche proche de la finition
- on provoque une surlongueur locale de l'ébauche ainsi obtenue en la faisant passer entre deux cylindres dont l'un au moins présente un diamètre plus élevé sur une portion de sa longueur;
- on procède à une mise en forme par pliage régulier et répété des ondulations obtenues par l'étape précédente.

Le profilé laminé et traité conformément à la présente invention est particulièrement résistant notamment à la flexion et au flambage. Il en résulte que pour une résistance mécanique recherchée, le poids dudit profilé peut être réduit. Par ailleurs, vu la simplicité du procédé et des diverses étapes mises en oeuvre, le prix du profilé obtenu est moins élevé que celui des autres types connus.
En outre, le procédé de l'invention permet d'obtenir un profilé dont une partie présente une ondulation sans que les contraintes individuelles ou les tensions internes ne soient importantes. En effet, lors du passage de l'ébauche obtenue à la première étape du procédé entre deux cylindres ou galets dont l'un au moins présente un diamètre plus élevé sur une partie de sa longueur, l'espace entre les deux cylindres ou galets est donc réduit localement. Le laminage local de l'âme ainsi obtenu, sur une distance inférieure à sa hauteur comprise entre les semelles, empêche le fluage desdites semelles. En outre, on évite les déformations indésirables des ailes. Les diamètres plus élevés des cylindres de laminage sur une portion de hauteur d'une partie de profilé, notamment sur une portion de l'âme d'une poutrelle en I, et par conséquent la réduction de l'interstice entre lesdits cylindres, créent des tensions qui tendent à allonger la portion correspondante de la partie de profilé et provoquent une ondulation de ladite portion. Dans une troisième étape, ces ondulations sont mises en forme par simple pliage. En effet, les ondulations obtenues à la deuxième étape ne présentant pas la régularité désirée, celle-ci est obtenue par un pliage qui permet également d'éliminer essentiellement les contraintes internes induites à la phase précédente.
Contrairement au procédé de l'invention, le procédé connu par le document LU-A-83 044 pratique un laminage continu en une seule étape de l'âme d'un profilé laminé fini. Il en résulte bien entendu des contraintes d'écrouissage importantes.
Avantageusement, le pourcentage d'allongement supplémentaire à donner à la portion de la partie de profilé à onduler est sensiblement égale au pourcentage de surlongueur de l'ondulation désirée par rapport à la droite. De cette manière, il est garanti que l'opération de pliage ultérieure introduit le moins de contraintes d'écrouissage possible et que l'opération de pliage n'est pas associée à un emboutissage.
Selon une forme d'exécution préférée de l'invention, on effectue la mise en forme par pliage entre deux galets qui sont situés dans un plan essentiellement perpendiculaire au sens de défilement du profilé et qui comportent une surface structurée, notamment des galets à surface rainurée ou cannelée dans le sens axial sur une longueur correspondant essentiellement à la partie de plus grand diamètre du galet ou cylindre de la deuxième étape et, de ce fait, à la portion de hauteur de la partie de profilé qui est ondulée.
En vue d'éviter au maximum l'écrouissage du matériau et en vue de réaliser une opération de pliage et non une opération d'emboutissage, les cylindres ou galets structurés opposés ne s'engrènent que partiellement de telle sorte que le produit laminé se trouve plié à la manière d'une poutre sur deux appuis supportant une charge ponctuelle au milieu de sa portée.
Les profilés conformes à la présente invention conviennent particulièrement bien dans des applications exigeant une résistance élevée et un poids faible.
Notamment dans le cas d'un profilé laminé en I, le laminage local de l'âme sur une distance inférieure à sa hauteur comprise entre les deux semelles empêche le fluage desdites semelles. En outre, on évite également les déformations indésirables des ailes.
On peut par exemple citer la construction de châssis rigides de véhicules, notamment les camions ou les véhicules de transport en commun.
Avantageusement, on réalise l'étape de mise en forme par pliage dans une dresseuse qui, de plus, permet de dresser de manière classique le profilé obtenu.
Selon un autre aspect de la présente invention, l'installation destinée à la fabrication d'un profilé du type susmentionné comporte au moins:

- une installation classique de laminage connue en soi pour le laminage jusqu'à obtention d'une ébauche proche de la finition;
- une cage de laminage comportant deux cylindres qui sont disposés dans un plan essentiellement perpendiculaire au plan de défilement de la partie de profilé à onduler et dont l'un au moins présente un diamètre plus élevé sur une portion centrale de sa longueur, ladite cage comportant encore des cylindres verticaux de laminage dudit profilé, qui en imposent les dimensions extérieures;
- un dispositif de mise en forme par pliage régulier et répété en continu.

Le dispositif de mise en forme par pliage comporte essentiellement deux cylindres ou galets qui sont situés dans un plan essentiellement perpendiculaire au sens de défilement du profilé et qui comportent une surface structurée, de préférence rainurée ou cannelée, dans le sens axial sur une longueur correspondant essentiellement à la portion de hauteur de la partie ondulée du profilé à fabriquer.
Les cylindres ou galets structurés opposés ne s'engrènent que partiellement l'un dans l'autre.
L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'appui d'un exemple d'exécution supporté par les dessins dans lesquels:

- la figure 1 est un vue en coupe à travers un profilé laminé en dont l'âme est ondulée sur une partie de sa hauteur;
- la figure 2 est une vue schématique de laminage localisé du profilé laminé;
- la figure 3 est une vue schématique de l'opération de pliage; et
- la figure 4 est une vue schématique de la dresseuse utilisée dans l'installation conforme à la présente invention.

Dans les figures, des repères de référence identiques représentent des éléments identiques ou analogues.
En vue d'illustrer la présente invention, on décrit celle-ci pour un profilé laminé en 1 à âme ondulée.
A la figure 1, on a représenté un profilé en 1 1 comportant une âme 3 et deux semelles 5 et 7, laminé d'une seule pièce avec l'âme 3.
L'âme 3 comporte, sur une portion 9 de sa hauteur, une ondulation 11 dans le sens longitudinal du profilé en I.
En vue de la fabrication d'un profilé en 1 conforme à l'invention, on fait passer ledit profilé 1 entre deux cylindres 21 et 23 disposés dans un plan essentiellement perpendiculaire au plan de l'âme 3 et faisant partie d'une cage de laminage 20. Le diamètre de chacun des deux cylindres 21 et 23 est plus élevé sur une portion 9 qu'aux extrémités 25 et 27. Le profilé 1 est en outre encore laminé par des cylindres verticaux 28 et 29 qui maintiennent les dimensions extérieures du profilé 1.
En faisant passer un profilé 1 laminé jusqu'à un stade proche de la finition dans cette cage, les dimensions hors tout du profilé doivent être maintenues. Le retrécissement local de l'âme provoque un surplus de matière tout en empêchant un fluage des semelles. Ce surplus de matière crée des tensions et une ondulation de la portion 9 de l'âme réparties localement sur l'âme 11.
Le profilé ainsi obtenu peut ensuite passer dans une dresseuse 31 par exemple équipée de galets dresseurs 33 à 38 disposés de manière connue en soi pour rendre droit le profilé laminé.
Selon la présente invention, ladite cage dresseuse comporte deux galets 41 et 43 qui sont disposés dans un plan 39 essentiellement perpendiculaire au plan de défilement du profilé 1 et qui présentent une surface rainurée dans le sens axial, s'adaptant l'une à l'autre à la manière d'un engrenage en ne s'égrènant que partiellement de manière à réaliser un pliage (figure 3).
A cette étape, la surlongueur créée préalablement entre les cylindres 21 et 23 est utilisée pour former l'ondulation désirée et neutraliser en quelque sorte les tensions préalablement créées.
On obtient ainsi un profilé laminé d'une seule pièce en 1 à âme ondulée qui présente de très bonnes propriétés mécaniques et peu de tensions internes. Les contraintes d'écrouissage sont particulièrement réduites; comme on peut le voir à la figure 3 où le pliage implique des tronçons courbes 45 et même des tronçons linéaires 47 essentiellement sans contrainte.
Notons encore que l'un des deux galets peut être entraîné en rotation alors que l'autre est libre en rotation.

Claims

1. Procédé de fabrication d'un profilé laminé comportant une partie ondulée dans le sens longitudinal du profilé, sur une portion de sa hauteur, dans lequel on procède d'abord au laminage classique de manière connue en soi jusqu'à obtention d'une ébauche proche de la finition; caractérisé par les étapes opératoires suivantes:

- on provoque une surlongueur locale de l'ébauche ainsi obtenue correspondant à la partie ondulée, en la faisant passer entre deux cylindres dont l'un au moins présente un diamètre plus élevé sur une portion de sa longueur;

- on procède à une mise en forme par une opération de pliage régulier et répété des ondulations obtenues à l'étape précédente, cette mise en forme par pliage étant effectuée entre deux galets qui sont situés dans un plan essentiellement perpendiculaires au sens de défilement du profilé et qui comportent une surface structurée, notamment des galets à surface rainurée ou cannelée dans le sens axial sur une longueur correspondant essentiellement à la partie de plus grand diamètre du galet ou cylindre de la deuxième étape et, de ce fait, à la portion de hauteur de la partie de profilé qui est ondulée, les deux galets opposés structurés ne s'engrenant que partiellement.

2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on effectue l'étape de mise en forme par pliage en même temps qu'un dressage.

3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on provoque la surlongueur de telle manière qu'on donne à la portion de la partie ondulée du profilé un pourcentage d'allongement qui est sensiblement égal au pourcentage de surlongueur de l'ondulation désirée par rapport à la droite.

4. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication d'un profilé laminé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant une installation de laminage classique connue en soi pour le laminage jusqu'à obtention d'un ébaucge proche de la finition; caractérisée en ce qu'elle comporte au moins :

- une cage de laminage comportant deux cylindres (21, 23) qui sont disposés dans un plan essentiellement perpendiculaire au plan de défilement de la partie (3) de profilé (1) à onduler et dont l'un au moins présente un diamètre plus élevé sur une portion de sa longueur (9), ladite cage comportant encore des cylindres verticaux (28, 29) de laminage dudit profilé qui en imposent les dimensions extérieures;

- un dispositif de mise en forme jar pliage régulier et répété en continu, comportant essentiellement deux cylindres ou galets (41, 43) qui sont situés dans un plan essentiellement perpendiculaire au sens de défilement du profilé et qui comportent une surface structurée, de préférence rainurée ou cannelée, dans le sens axial sur une longueur axiale correspondant essentiellement à la portion de hauteur de la partie ondulée du profilé à fabriquer, les galets ou cylindres structurés opposés (41, 43) ne s'engrenant que partiellement l'un dans l'autre.

5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dispositif de mise en forme par pliage est agencé dans une dresseuse.

6. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que l'un des deux galets rainurés est entraîné en rotation, l'autre étant libre en rotation.