DISPOSITIF DE MONTAGE D'UN MANDRIN DANS UN LAMINOIR, LAMINOIR EQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF ET MANDRIN POUR UN TEL LAMINOIR

L'invention a trait à un dispositif de montage réversible d'un mandrin de conformation au sein d'une cage radiale de laminoir circulaire. L'invention a également trait à un laminoir circulaire équipé d'un tel dispositif de montage réversible, ainsi qu'à un mandrin de conformation pouvant être utilisé avec un tel laminoir.

Il est connu, par exemple de FR-A-2014080, d'utiliser un laminoir circulaire à quatre rouleaux pour la conformation de pièces annulaires. Deux rouleaux cylindriques sont utilisés pour façonner respectivement les faces radiales externe et interne de la pièce annulaire. Le rouleau cylindrique de façonnage de la face radiale interne de la pièce annulaire est couramment dénommé « mandrin » et présente une forme allongée, avec un diamètre généralement plus petit que celui du rouleau utilisé pour façonner la face radiale externe de la pièce. Une paire de rouleaux coniques est utilisée pour façonner les faces frontales de cette pièce.

Un mandrin de conformation est une pièce d'usure du laminoir et son remplacement doit être prévu à intervalles réguliers. En outre, un tel mandrin peut être endommagé au cours d'une phase de laminage, par exemple à cause d'une irrégularité de surface de la pièce à façonner. Le montage d'un tel mandrin dans la cage radiale d'un laminoir doit donc être réversible, afin que ce mandrin puisse être démonté et remplacé par un nouveau mandrin en cas de besoin. Pour ce faire, il est connu d'immobiliser la tête d'un mandrin, c'est-à-dire sa partie supérieure en configuration montée, au moyen d'une vis s'étendant axialement. Lorsqu'il convient de démonter le mandrin, cette vis est desserrée pour libérer la tête du mandrin. Or, il n'est pas rare que la tête de mandrin soit grippée en position, ce qui requiert des interventions parfois périlleuses pour le personnel. Par exemple, certains opérateurs soulèvent le mandrin, qui pèse plusieurs centaines de kilogrammes, à l'aide d'un chariot élévateur, avant de tenter de le manœuvrer, ce qui peut provoquer la chute accidentelle du mandrin.

C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un nouveau dispositif de montage dont le fonctionnement est fiabilisé.

A cet effet, l'invention concerne un dispositif de montage réversible d'un mandrin de conformation au sein d'une cage radiale de laminoir circulaire, dans une configuration où le mandrin est apte à tourner autour d'un axe de rotation. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend :

- au moins un mors monté, avec possibilité de coulissement radial par rapport à l'axe de rotation précité, dans un boîtier mobile en rotation autour de cet axe, ce mors étant pourvu d'une partie en saillie apte à être engagée dans une gorge périphérique externe d'une tête de mandrin pour immobiliser cette tête par rapport au boîtier.

- des moyens de charge du mors en direction de l'axe de rotation.

- un coin mobile parallèlement à l'axe de rotation, et

- des moyens d'entraînement du coin en translation selon une direction parallèle à l'axe de rotation.

Ce dispositif est également caractérisé en ce que le coin est apte à pousser le mors, selon une direction radiale par rapport à l'axe de rotation et dans un sens d'éloignement par rapport à cet axe, à rencontre de l'action des moyens de charge, jusqu'à dégager la partie en saillie du mors de la rainure de la tête de mandrin.

Grâce à l'invention, une action positive peut être exercée par le coin pour écarter suffisamment le ou les mors de la tête de mandrin afin de libérer celle-ci, ce qui limite les risques de blocage accidentel.

Selon un aspect avantageux de l'invention, le coin est apte à exercer sur une tête de mandrin un effort axial de dégagement par rapport au(x) mors. Le coin a ainsi une double fonction, à savoir écarter le ou les mors afin de libérer la tête de mandrin et chasser cette tête de mandrin, vers le bas en règle générale, ce qui permet de s'affranchir d'une situation de grippage éventuel.

Le dispositif comprend avantageusement plusieurs mors répartis autour de l'axe de rotation et le coin est alors apte à pousser tous les mors en même temps, chacun selon une direction radiale et dans un sens d'éloignement de l'axe de rotation, de façon à dégager simultanément leurs parties en saillie respectives de la rainure d'une tête de mandrin. En particulier, deux mors peuvent être disposés de part et d'autre de l'axe de rotation en étant mobiles selon une même

direction radiale mais en sens opposés, respectivement sous l'action de leur moyen de charge respectif et sous l'action du coin.

Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le coin comprend une surface d'appui glissant sur une surface correspondante du mors, la surface d'appui du coin étant à symétrique de révolution autour de l'axe de rotation. Ceci permet que le coin puisse interagir avec le ou les mors, quelle que soit la position angulaire du boîtier et du ou des mors autour de l'axe de rotation. Dans ce cas, la surface d'appui du coin est avantageusement tronconique, alors que la surface correspondante du mors est inclinée par rapport à la direction de coulissement du mors et que le demi-angle au sommet de la surface d'appui du coin est égal en valeur absolue à l'angle d'inclinaison de la surface correspondante du mors par rapport à sa direction de coulissement. Cette disposition constructive permet un appui glissant du coin sur le mors, sans risque de matage ou d'endommagement des surfaces en contact.

Les moyens de charge du mors en direction de l'axe de rotation comprennent avantageusement au moins un ressort de compression.

L'invention concerne également un laminoir circulaire pour la conformation de pièces annulaires, ce laminoir comprenant un rouleau externe et un mandrin interne, aptes à façonner respectivement des faces radiales externe et interne d'une pièce, ainsi qu'une paire de rouleaux coniques, respectivement inférieur et supérieur, aptes à façonner les faces frontales de cette pièce. Ce laminoir est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif tel que mentionné ci- dessus pour le montage du mandrin au sein d'une cage radiale du laminoir.

Un tel laminoir est plus facile à faire fonctionner et plus économique à entretenir que ceux de l'état de la technique. Il est également moins dangereux pour le personnel.

De façon avantageuse, la tête du mandrin est pourvue d'une gorge périphérique à section en V à fond plat, alors que la partie en saillie du ou de chaque mors est à section en pointe à extrémité tronquée et à faces latérales planes et que l'angle de divergence, à partir du fond, entre les bords plans de la section de la gorge périphérique est égale à l'angle de convergence des faces latérales de la section de la partie en saillie lorsqu'elles se rapprochent de son

extrémité tronquée. Cette disposition permet un verrouillage efficace de la tête du mandrin par les mors dans la cage axiale du laminoir.

L'invention concerne enfin un mandrin de conformation pour un laminoir tel que mentionné ci-dessus, ce mandrin étant équipé d'une tête de mandrin pourvue, d'une part, d'une gorge périphérique externe à section en forme de V à fond plat et, d'autre part, d'un logement axial ménagé dans une face d'extrémité et apte à recevoir une extrémité d'un coin de manœuvre.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un dispositif de montage, d'un laminoir et d'un mandrin conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 est une représentation schématique en vue de côté d'un laminoir conforme à l'invention incorporant un dispositif de montage et un mandrin conformes à l'invention ;

- la figure 2 est une coupe partielle selon la ligne M-Il à la figure 1 , le mandrin du laminoir étant monté dans la cage radiale de ce laminoir ;

- la figure 3 est une vue en perspective partielle de certains éléments représentés à la figure 2 ;

- la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV à la figure 2 ;

- la figure 5 est une coupe analogue à la figure 2 au cours du retrait du mandrin, seule la partie supérieure des pièces visibles à la figure 2 étant représentée ;

- la figure 6 est une coupe analogue à la figure 5 lors d'une étape ultérieure du retrait du mandrin ;

- la figure 7 est une vue en perspective de certains éléments représentés à la figure 6 et d'une partie de leur environnement ; et

- la figure 8 est une coupe selon la ligne VIM-VMI à la figure 6.

Le laminoir 1 représenté à la figure 1 comprend un châssis principal 2 sur lequel est montée une cage radiale 3 fixe par rapport au châssis 2, ainsi qu'une cage axiale 4 mobile parallèlement à un axe longitudinal X ₂ du châssis.

La cage 3 porte un rouleau 10, cylindrique et à base circulaire, monté tournant autour d'un axe vertical Zi ₀ et entraîné en rotation par un moteur

électrique non représenté. La cage 3 porte également un rouleau secondaire ou mandrin 12 monté tournant autour d'un axe Zi ₂ parallèle à l'axe Zi ₀ , à l'intérieur d'une colonne 14 mobile, par rapport à une partie principale 31 de la cage 3, parallèlement à l'axe X ₂ . La colonne 14 est supportée par des barres, dont une seule est visible à la figure 1 avec la référence 16 et qui peuvent coulisser par rapport à la partie 31 , en étant entraînées par des moteurs également non représentés.

Dans la présente description, les termes « haut », « bas », « supérieur » et « inférieur » correspondent à l'orientation des parties du laminoir 1 lorsque le mandrin 12 est en configuration d'utilisation dans le laminoir. Ainsi, une partie « supérieure » est située au-dessus d'une partie « inférieure ».

Pour la clarté du dessin, la cage 3 est représentée avec un arrachement partiel permettant de mieux visualiser le rouleau 10.

La cage 3 comprend également un plateau 17 qui définit un logement 171 de réception de l'extrémité inférieure 121 du mandrin 12, lorsque la colonne 14 et le plateau 17 sont alignés verticalement, c'est-à-dire lorsque l'axe Zi ₂ passe par le contre du logement 171. Il est alors possible d'abaisser le mandrin 12 pour l'engager partiellement dans le logement 171. Le logement 171 est visible par arrachement partiel du plateau 17 à la figure 1. Le plateau 17 est supporté par un chariot 18 mobile par rapport à la partie 31 , parallèlement à l'axe X ₂ , et lui-même supporté par des barres dont une seule est visible à la figure 1 , avec la référence 19.

Le laminoir 1 comprend également un rouleau conique inférieur 20 supporté par la cage axiale 4 et entraîné en rotation par un moteur non représenté. La cage 4 supporte également un rouleau conique supérieur 22 également entraîné par un moteur non représenté. On note respectivement A ₂₀ et A ₂₂ les axes de symétrie et de rotation des rouleaux 20 et 22. Ces axes sont convergents et se rapprochent en direction de la cage 3.

Lorsqu'une pièce à laminer 100 est en place dans le laminoir 1 et lorsqu'elle est mise en rotation autour de son axe central vertical Z^ ₀₀ , elle est soumise à des efforts de compression radiale Fi et F ₂ exercés respectivement par le rouleau 10 et le mandrin 12, ce qui permet de conformer respectivement la surface radiale externe 101 et la surface radiale interne 102 de cette pièce.

L'intensité de ces efforts dépend de l'intensité de la traction exercée sur la colonne 14 et sur le plateau 17 en direction de la partie principale 31.

Par ailleurs, le rouleau 22 est mobile verticalement par rapport au châssis 41 de la cage 4, en étant déplacé par un moteur non représenté. Ceci permet d'exercer sur la face frontale supérieure 103 de la pièce 100 un effort F ₃ dirigé vers le rouleau 20, ce qui a pour effet d'induire un effort de réaction F ₄ du rouleau 20 sur la face frontale inférieure 104 de la pièce 100. Il est ainsi possible d'exercer, directement sur la face 103 et indirectement sur la face 104 un effort de conformation de ces faces.

A la figure 1 , la pièce 100 est représentée en coupe axiale, alors que le laminoir est en vue de côté.

Les différentes parties mobiles du laminoir 1 peuvent être entraînées par des moteurs électriques et/ou des vérins hydrauliques.

Le mandrin 12 est monté à l'intérieur de la colonne 14 de façon à pouvoir tourner autour de l'axe Z ₁₂ . Pour ce faire, le mandrin 12 est engagé dans un manchon 200 monté pivotant autour de l'axe Zi ₂ par rapport à la colonne 14. Le manchon 200 est supporté par deux paliers à rouleau 202A et 202B eux-mêmes supportés par un caisson 204 immobilisé en rotation à l'intérieur de la colonne 14. Le caisson 204 est obturé, respectivement en partie haute et en partie basse, par deux couvercles 206 et 207 respectivement équipés de joints tournants 208A et 208B. Une bague 209 est montée en partie basse du manchon 200, au moyen de vis, et protège, par l'intermédiaire de deux chicanes 2091 , le joint tournant inférieur 208B.

Un moteur non représenté permet de déplacer verticalement le caisson 204 dans la colonne 14.

Le mandrin 12 comprend une partie principale 122 qui se prolonge jusqu'à son extrémité inférieure 121 et une tête 123. Les pièces 122 et 123 sont assemblées par vissage. La tête 123 est équipée d'une tige filetée centrale 1231 vissée dans un taraudage axial 1221 de la partie 122. En variante, les pièces 122 et 123 peuvent être monoblocs, pour autant que leur géométrie est conforme à la réunion des pièces 122 et 123.

La tête 123 est équipée d'une gorge périphérique externe 1232 qui est à section en forme de V à fond plat, avec des côtés 1232A et 1232B plans et

divergents en s'éloignant du fond 1232C, avec un angle au sommet α dont la valeur est comprise entre 30 et 50° de préférence de l'ordre de 40°.

La tête 123 est également pourvue d'un logement 1233 en creux ménagé dans sa face d'extrémité 1234, cette face étant orientée à l'opposé de l'extrémité 121 du mandrin 12 en configuration assemblée des pièces 122 et 123.

Deux mors 210 et 212 sont montés dans un boîtier 214 en étant mobiles chacun selon un axe Yi ₂ perpendiculaire à l'axe Zi ₂ , c'est-à-dire selon une direction radiale par rapport à l'axe Zi ₂ . Le boîtier 214 est équipé d'un couvercle 215 qui est omis sur les figures 3 et 7, pour la clarté du dessin.

Le mors 210 est pourvu d'une découpe en forme de demi-cercle et présente, au bord de cette découpe, un nez 2102 globalement en forme de demi- cercle et destiné à s'engager dans la gorge périphérique 1232 de la tête 123. De la même façon, le mors 212 est pourvu d'un nez 2122 en forme d'arc de cercle et destiné à s'engager dans la gorge 1232. Les nez 2102 et 2122 constituent des parties des mors 210 et 212 en saillie radialement vers l'intérieur, en direction de l'axe Zi ₂ , par rapport aux parties principales 2101 et 2121 de ces mors.

Chacun des mors 210 et 212 est soumis à l'action de deux ressorts 216 comprimés entre la face arrière du mors 210 ou 212 opposé à son nez 2102 ou 2122 et le boîtier 214. Ainsi, les mors 210 et 212 sont chargés par des efforts élastiques Ei parallèles à la direction Yi ₂ et qui tendent à engager et à maintenir fermement les nez 2102 et 2122 dans la gorge 1232.

Les ressorts 216 sont disposés partiellement à l'intérieur de douilles 218 dont la position le long de l'axe Yi ₂ peut être réglée au moyen de têtes hexagonales 220, ce qui permet de régler l'intensité des efforts Ei.

Le boîtier 214 est solidaire en rotation du manchon 200, de sorte que, lorsque les nez 2102 et 2122 sont engagés dans la gorge 1232, le mandrin 122 est solidarisé au manchon 200, à la fois en translation et en rotation autour de l'axe Zi ₂ .

Les nez 2102 et 2122 sont à section en forme de pointe tronquée, avec des faces latérales 2103 et 2104, d'une part 2123 et 2124 d'autre part, qui sont convergents en direction de la face d'extrémité tronquée 2105 ou 2125 du nez 2102 ou 2122, c'est-à-dire du bord radial interne du mors considéré, avec un angle de convergence β dont la valeur est choisie égale à celle de l'angle α. Ainsi, les

nez 2102 et 2122 ont une section complémentaire de celle de la gorge 1232, ce qui induit un appui surfacique entre les mors 210 et 212, d'une part, et la tête 123, d'autre part.

Un coin 222 est prévu mobile axialement le long de l'axe Zi ₂ , par rapport aux mors 210 et 212. Ce coin 222 comprend une partie 2220 cylindrique à section circulaire et une partie 2222, qui forme son extrémité inférieure, qui est tronconique et dont on note 2224 la surface périphérique. Les parties 2220 et 2222 sont centrées sur l'axe Zi ₂ .

On note θ le demi-angle au sommet de la surface 2224.

Un vérin hydraulique 224 permet de déplacer le coin 222 le long de l'axe Zi ₂ . Une chemise 226 sert de guide au coin 222 dans son mouvement de translation entre ses deux positions de fin de course haute et basse représentées respectivement aux figures 2 et 6. La chemise 226 est supportée par une plaque 228 formant un couvercle supérieur pour un boîtier externe 230 monté sur la partie extérieure du joint tournant 206 et fixe par rapport au caisson 204.

En variante, le vérin 224 peut être électrique.

Par ailleurs, le mors 210 est pourvu d'une face 2106 inclinée par rapport à l'axe Yi ₂ d'un angle δ non nul. De la même façon, le mors 212 est pourvu d'une surface 2126 inclinée par rapport à l'axe Yi ₂ comme la surface 2106, mais en sens inverse. L'angle d'inclinaison δ' de la surface 2126 par rapport à l'axe Yi ₂ est opposé à l'angle δ. En d'autres termes, ces angles ont la même valeur absolue mais ces surfaces sont inclinées de façon opposée par rapport à l'axe Yi ₂ .

Les surfaces 2106 et 2126 sont divergentes en direction du coin 222, de sorte que l'extrémité tronconique 2222 peut être introduite entre ces surfaces.

A cet effet, les valeurs absolues des angles θ, d'une part et δ et δ', d'autre part, sont choisies égales.

En pratique, les surfaces 2106 et 2126 sont planes et perpendiculaires au plan de coupe des figures 2, 5 et 6. En variante, les surfaces 2106 et 2126 peuvent être tronconiques, avec le même demi-angle au sommet que la partie 2222.

Chacun des mors 210 et 212 est pourvu d'une surépaisseur 2107 ou 2127 qui permet de donner aux surfaces 2106 et 2126 une hauteur, c'est-à-dire une dimension parallèle à l'axe Zi ₂ , supérieure à l'épaisseur du mors 210 ou 212

dans la plus grosse partie de sa portion qui vient en recouvrement de la surface 1234 dans la configuration de la figure 2.

Lorsqu'il convient de libérer le mandrin 12 pour une opération de maintenance, le coin 220 est déplacé en direction de l'extrémité 121 , ce qui a pour effet d'amener la surface extérieure 2224 de la partie 2222 contre les surfaces 2106 et 2126 des mors 210 et 212 puis de faire glisser la surface 2224 sur ces surfaces inclinées 2106 et 2126. Ce glissement résulte dans un écartement relatif des mors 210 et 212, à rencontre de l'effort élastique Ei exercé par chacun des ressorts 216. En effet, la partie 2222 exerce sur les mors 210 et 212 un effort E ₂ d'écartement radial suffisant pour vaincre les efforts Ei et déplacer ces mors, comme représenté par les flèches F ₂₁₀ et F ₂₁₂ .

Au cours de ce mouvement d'écartement radial relatif des mors 210 et 212, selon la direction radiale correspondant à l'axe Y12 et dans des sens opposés, l'extrémité 2222 du coin 222 pénètre dans le logement 1233, au point que l'extrémité 2222 vient au contact de la tête 123, comme représenté à la figure 5. dans cette configuration, les mors 2102 et 2122 sont dégagés de la gorge 1232, de sorte que le mandrin 12 peut coulisser le long de l'axe Z ₁₂ sous son propre poids.

Toutefois, en poursuivant le déplacement du coin 222 en direction de l'extrémité 121 , on peut exercer sur la tête 123 un effort E ₃ axial et dirigé vers l'extrémité 121 , ce qui a pour effet de décoincer, si nécessaire, la tête 123 et la partie principale 122 par rapport au manchon 200.

Ainsi, le coin 222 assure une double fonction d'écartement des mors 210 et 212 et de poussée axiale sur la tête 123, ce qui garantit un déblocage efficace du mandrin 12, sans avoir recours à des opérations hasardeuses ou dangereuses pour l'opérateur.

Le logement 1233 n'est pas obligatoire dans la mesure où, en l'absence d'un tel logement, un coin 222 de forme adaptée peut exercer l'effort axial E ₃ directement sur la face d'extrémité 1234 de la tête 123.

La course du coin 222 et les angles θ et δ sont choisis de telle sorte que la coopération de la partie 2222 et des mors 210 et 212 a pour effet de dégager les nez 2102 et 2122 de la gorge 1232 avant que le coin 222 ne parvienne au contact de la tête 123.

Compte tenu de la direction axiale du mouvement F ₂₂₂ du coin 222 et de la forme de l'extrémité 222 à symétrie de révolution autour de l'axe Zi ₂ , l'effort E ₂ peut être efficacement transmis aux 210 et 212 indépendamment de leur position angulaire autour de l'axe Zi ₂ .

Lorsqu'il convient d'installer dans la colonne 14 un nouveau mandrin 12, il suffit d'engager celui-ci dans le manchon 200 jusqu'à amener la gorge 1232 de sa tête 123 au niveau des nez 2102 et 2122, éventuellement après avoir légèrement remonté le coin 222 jusqu'à la position de la figure 5. On peut alors faire remonter le coin 220, c'est-à-dire l'éloigner de la tête 123, ce qui a pour effet de ramener les nez 2102 et 2122 dans la gorge 1232, grâce aux efforts Ei exercés par les ressorts 216. On obtient ainsi un verrouillage rapide et efficace du mandrin 12 par rapport au manchon 200.

L'invention a été représentée avec deux mors 210 et 212 mais peut mise en œuvre avec des mors en nombre différent, ces mors étant de préférence régulièrement répartis autour de l'axe de rotation du mandrin. Une variante avec un seul mors est envisageable.