EP0345241A1 - Procédé pour la fabrication d'un profilé laminé comportant une partie ondulée et installation destinée à cet effet - Google Patents

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EP0345241A1
EP0345241A1 EP89870077A EP89870077A EP0345241A1 EP 0345241 A1 EP0345241 A1 EP 0345241A1 EP 89870077 A EP89870077 A EP 89870077A EP 89870077 A EP89870077 A EP 89870077A EP 0345241 A1 EP0345241 A1 EP 0345241A1
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rollers
rolling
shaping
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Jean Marcel Julien Ecrepont
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    • E04C2003/0452H- or I-shaped

Definitions

  • the present invention relates to a process for the manufacture of laminated sections such as a U or a beam, more particularly an I-beam, comprising a corrugated part in particular a wing or a core.
  • an I-beam having a corrugated core welded to the flanges.
  • a manufacturing process in which a planar core is welded to a pair of flanges and the beam thus formed passes between two cylinders stamping the soul of the beam in a desired manner.
  • a beam of the aforementioned type is however subjected to significant internal stresses.
  • the weld creates tensions in the beam which risk deforming it and / or warping the soles.
  • the rolling of a part of the core implies an elongation thereof with the consequence of a reduction in its thickness.
  • This also results in high tensions on the welds between the core and the soles and internal tensions in the core, given the differential deformations.
  • These tensions also risk deforming the finished beam and / or warping it.
  • these tensions can have an unfavorable influence on the behavior of the beam and in particular on its mechanical resistance to the various forces to which it may be subjected during its use.
  • this process necessarily involves a weldable steel.
  • Document LU-A-83 044 discloses a method of manufacturing an I-beam, with a corrugated core in its middle, according to which corrugations are formed in a median part of the core of an ordinary I-beam finished by means of two cylinders which mesh in a complementary manner.
  • the increase in the developed length of the corrugated core from the straight length of a flat core before formation of the corrugations is ensured by the reduction in the thickness of the core under the effect of the wave formation work.
  • the I-beam with corrugated core is obtained from a finished ordinary beam and this by means of one or more rolling operations between two opposite structured cylinders.
  • the additional length is provided by the reduction in the thickness of the core thanks to the action of two structured cylinders, which obviously causes internal tensions and a significant work hardening of the material and, therefore, a camber or a twist of the I-beam.
  • the holder of the aforementioned patent attempts to remedy this drawback by forming the corrugations in the core in two or more passes.
  • the problem of internal tensions is not at all resolved and, moreover, the process is quite expensive.
  • Document FR-A-744 933 discloses metal sections with a locally reduced cross-sectional core, obtained by simple rolling.
  • the latter seeks to provide a simple method for the manufacture of a profile of the aforementioned type, and of a cost practically equivalent to that of a normal beam.
  • Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a profile of the aforementioned type which does not have the drawbacks of the methods known in the prior art and which allows, more particularly, the easy manufacture of laminated profiles comprising a corrugated part which has a minimum of residual tensions and internal stresses.
  • the invention aims to provide an installation of a new type for the manufacture of said profiles.
  • the laminated sections comprising a corrugated part, more particularly I-beams with corrugated core over part of its height, are obtained in the following operating steps: - Classic rolling is carried out in a manner known per se until a blank close to the finish is obtained; - Passing the blank thus obtained between two cylinders, at least one of which has a larger diameter over a portion of its length so as to cause an excess length; - Shaping is carried out by regular and repeated folding of the undulations obtained by the previous step.
  • the rolled profile treated in accordance with the present invention is particularly resistant in particular to bending and buckling. As a result, for a desired mechanical strength, the weight of said profile can be reduced. Furthermore, given the simplicity of the process and various stages implemented, the price of the profile obtained is lower than that of other known types.
  • the method of the invention makes it possible to obtain a profile, a part of which has an undulation without the individual stresses or the internal tensions being significant. Indeed, during the passage of the blank obtained in the first step of the process between two cylinders or rollers, at least one of which has a larger diameter over part of its length, the space between the two cylinders or rollers is therefore locally reduced. The local rolling of the core thus obtained, over a distance less than its height between the flanges, prevents the creep of said flanges. In addition, unwanted wing deformations are avoided.
  • the percentage of additional elongation to be given to the portion of the profile part to be corrugated is substantially equal to the percentage of excess length of the corrugation desired relative to the straight line.
  • the shaping is carried out by folding between two rollers which are situated in a plane essentially perpendicular to the direction of travel of the profile and which have a structured surface, in particular rollers with grooved surface or grooved in the axial direction over a length essentially corresponding to the portion of the largest diameter of the roller or cylinder of the second step and, therefore, to the height portion of the section portion which is corrugated.
  • the opposite structured rolls or rollers only mesh slightly so that the rolled product is folded like a beam on two supports supporting a point load in the middle of its span.
  • the profiles according to the present invention are particularly suitable in applications requiring high strength and low weight.
  • the local rolling of the core over a distance less than its height between the two flanges prevents the creep of said flanges.
  • unwanted wing deformations are also avoided.
  • the shaping step is carried out by folding in a straightener which, moreover, makes it possible to straighten the profile obtained in a conventional manner.
  • the installation intended for the manufacture of a profile of the above-mentioned type comprises at least: - a conventional rolling installation known per se for rolling until a blank close to the finish is obtained; a rolling stand comprising two rolls which are arranged in a plane essentially perpendicular to the running plane of the section of the section to be corrugated and at least one of which has a larger diameter over a central portion of its length, said cage comprising further vertical rolling cylinders of said profile, which impose the external dimensions; - a shaping device by regular folding and repeated continuously.
  • the folding-forming device essentially comprises two cylinders or rollers which are situated in a plane essentially perpendicular to the direction of travel of the profile and which comprise a structured surface, preferably grooved or grooved, in the axial direction over a length essentially corresponding to the height portion of the corrugated part of the profile to be manufactured.
  • the opposite structured cylinders or rollers mesh only slightly one inside the other.
  • an I-shaped section 1 comprising a core 3 and two flanges 5 and 7, laminated in one piece with the core 3.
  • the core 3 comprises, over a portion 9 of its height, a corrugation 11 in the longitudinal direction of the I-section.
  • said section 1 is passed between two cylinders 21 and 23 arranged in a plane essentially perpendicular to the plane of the core 3 and forming part of a cage. rolling 20.
  • the diameter of each of the two cylinders 21 and 23 is greater on a portion 9 than at the ends 25 and 27.
  • the profile 1 is further further laminated by vertical cylinders 28 and 29 which maintain the external dimensions of the profile 1.
  • the profile thus obtained can then pass through a straightener 31, for example equipped with straightening rollers 33 to 38 arranged in a manner known per se to make the laminated profile straight.
  • said dressing cage comprises two rollers 41 and 43 which are arranged in a plane 39 essentially perpendicular to the plane of travel of the profile 1 and which have a surface grooved in the axial direction, one adapting to the another in the manner of a gear, only slightly breaking apart so as to produce a folding (FIG. 3).
  • a rolled profile of a single I-shaped piece with corrugated core is thus obtained, which has very good mechanical properties and little internal stress.
  • the hardening stresses are particularly reduced; as can be seen in Figure 3 where the folding involves curved sections 45 and even linear sections 47 essentially without constraint.
  • one of the two rollers can be rotated while the other is free to rotate.

Abstract

Pour fabriquer un profilé laminé en I (1) d'une seule pièce dont une partie (9) de l'âme (3) est ondulée, on fait passer le profilé entre deux galets (21, 23) présentant un diamètre accru sur une portion de longueur et on le fait ensuite passer entre deux cylindres (41, 43) comportant une surface structurée de manière à réaliser un pliage régu­lier continu.

Description

    Objet de l'invention
  • 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.
  • Etat de la technique
  • Par le brevet US-A-4 251 973, on connaît une poutrelle en I 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 I 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 I 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.
  • Buts de l'invention
  • 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.
  • Eléments essentiels de l'invention
  • Conformément à la présente invention, les profi­lés laminés comportant une partie ondulée, plus particu­lièrement des poutrelles en I 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 fait passer l'ébauche ainsi obtenue entre deux cylin­dres dont l'un au moins présente un diamètre plus élevé sur une portion de sa longueur de manière à y provoquer une surlongueur;
    - 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 légèrement 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.
  • Avantageusement, 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.
  • Selon une forme d'exécution avantageuse, les cylindres ou galets structurés opposés ne s'engrènent que légèrement l'un dans l'autre.
  • Brève description des figures
  • 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 I 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.
    Description détaillée de formes d'exécution préférées
  • 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 I à âme ondulée.
  • A la figure 1, on a représenté un profilé en I 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 I 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 légèrement 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 I 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 (10)

1. Procédé de fabrication d'un profilé laminé comportant une partie ondulée dans le sens longitudinal du profilé, sur une portion de sa hauteur, caractérisé par 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 fait passer l'ébauche ainsi obtenue entre deux cylin­dres dont l'un au moins présente un diamètre plus élevé sur une portion de sa longueur de manière à y provoquer une surlongueur;
- on procède à une mise en forme par pliage régulier et répété des ondulations obtenues à l'étape précédente.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pourcentage d'allongement supplémentaire à donner à la portion de la partie de profilé est sensible­ment égale au pourcentage de surlongueur de l'ondulation désirée par rapport à la droite.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 carac­térisé en ce que la mise en forme par pliage est effectué 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.
4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la mise en forme par pliage est effectuée entre deux galets opposés structurés qui ne s'engrènent que lé­gèrement.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendica­tions précédentes caractérisé en ce qu'on effectue l'étape de mise en forme par pliage en même temps qu'un dressage.
6. Installation pour la fabrication d'un profilé laminé obtenu selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins:
- une installation de laminage classique connue en soi pour le laminage jusqu'à obtention d'une ébauche proche de la finition;
- 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 par pliage régulier et répété en continu.
7. Installation selon la revendication 6 carac­térisée en ce que le dispositif de mise en forme par pliage comporte 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.
8. Installation selon la revendication 7 carac­térisée en ce que les galets ou cylindres structurés oppo­sés (41, 43) ne s'engrènent que légèrement l'un dans l'autre.
9. Installation selon l'une quelconque des re­vendications 6 à 8 caractérisée en ce que le dispositif de mise en forme par pliage est agencé dans une dresseuse.
10. Installation selon l'une quelconque des re­vendications 6 à 9 caractérisée en ce que l'un des deux galets rainurés, est entrainé en rotation, l'autre étant libre en rotation.
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