Roulage de métaux: processus et principes (avec diagramme)

Après avoir lu cet article, nous étudierons les points suivants: - 1. Signification du roulement 2. Processus du roulement 3. Principes 4. Exigences en matière de charge et de puissance 5. Lubrification 6. Défauts.

Signification de roulement:

Le processus de façonnage des métaux en formes semi-finies ou finies par passage entre rouleaux est appelé laminage. Le laminage est le procédé de formage des métaux le plus utilisé. Il est utilisé pour convertir des lingots de métal en éléments de base simples tels que blooms, billettes, dalles, feuilles, plaques, bandes, etc.

Lors du laminage, le métal se déforme plastiquement en le passant entre des rouleaux tournant en sens inverse. L'objectif principal du laminage est de diminuer l'épaisseur du métal. Normalement, l’augmentation de la largeur est négligeable, de sorte que la diminution de l’épaisseur entraîne une augmentation de la longueur.

Le processus de laminage est illustré à la Fig. 2.1:

Rouler est fait chaud et froid. Il est accompli dans les laminoirs. Un laminoir est une machine complexe comportant au moins deux rouleaux de travail, des rouleaux de support, des cages de laminage, un moteur d'entraînement, un réducteur, un volant d'inertie, un engrenage d'accouplement, etc.

Les rouleaux peuvent être lisses ou rainurés en fonction de la forme du produit laminé. Le métal change de forme progressivement au cours de la période où il est en contact avec les deux rouleaux.

La gamme de produits pouvant être fabriqués par laminage est très vaste. Le laminage est une méthode de déformation plus économique que le forgeage lorsque le métal est requis dans de grandes longueurs de section transversale uniforme.

C'est l'un des procédés les plus utilisés parmi tous les procédés de traitement des métaux, en raison de sa productivité plus élevée et de son coût réduit. Les matériaux couramment laminés sont l'acier, le cuivre, le magnésium, l'aluminium et leurs alliages.

Processus de Rolling:

Le processus de laminage comporte trois étapes pour compléter le produit, comme illustré à la Fig. 2.2:

Fig. 2.2. Séquence des opérations impliquées dans la fabrication de produits laminés.

(i) Roulement primaire:

Le laminage primaire est utilisé pour convertir un lingot en métal en éléments de base simples tels que des blooms et des dalles. Ce processus affine la structure du lingot coulé, améliore ses propriétés mécaniques et élimine les défauts internes cachés.

ii) laminage à chaud:

Fleurs et dalles obtenues par laminage primaire, à nouveau converties en plaques, feuilles, tiges et formes structurelles, par laminage à chaud.

iii) laminage à froid:

Le laminage à froid est généralement un processus de finition dans lequel les produits fabriqués par laminage à chaud ont une forme définitive. Ces procédés offrent une bonne finition de surface, des tolérances dimensionnelles plus étroites et améliorent la résistance mécanique du matériau.

L'acier que nous obtenons d'un atelier de refusion ou d'usines de fabrication d'acier est principalement sous forme de lingots. Les lingots ont une section approximativement carrée de 1, 5 mx 1, 5 m et pèsent en tonnes.

Ces lingots sont d'abord chauffés à environ 1 200 ° C dans des fosses de trempage, puis passés à travers des rouleaux pour produire des formes d'intermédiaire comme des fleurs. Les blooms sont laminés en billettes et les billettes aux sections désirées telles que plat, carré, hexagonal, angle, I, U, etc. Le membre mentionné ci-dessus a approximativement les tailles suivantes.

Lingots coulés - 1, 5 mx 1, 5 m (section rectangulaire)

Blooms - carré de 150 mm à 400 mm.

Dalles— Largeur: 500 à 1800 mm (section transversale rectangulaire): 50 à 300 mm

Billettes - carré de 30 mm à 150 mm. (Plus petit que les fleurs)

Plaques - 6 mm ou plus d'épaisseur, 1200-1400 mm de largeur, 6000 mm de long.

Feuilles d'épaisseur 0, 5 mm à 5, 0 mm

Bande— Largeur: 750 mm ou moins. (Plaque ou feuille étroite).

La Fig. 2.3 montre les étapes successives de la réduction d'une billette (100 x 100 mm) en une barre ronde. La billette est tournée à 90 ° après chaque passage.

Principes de roulement:

Le laminage est un processus qui consiste à faire passer le métal à travers un intervalle entre des rouleaux tournant en sens inverse. Cet espace est inférieur à l'épaisseur de la pièce à travailler. Par conséquent, les rouleaux compriment le métal tout en le décalant simultanément en raison du frottement aux interfaces rouleau-métal.

Lorsque la pièce passe complètement à travers l’espace entre les rouleaux, elle est considérée comme complètement travaillée. En conséquence, l'épaisseur du travail diminue tandis que sa longueur et sa largeur augmentent.

Toutefois, l’augmentation de la largeur est insignifiante et est généralement négligée. La Fig. 2.4 montre la simple opération de laminage d'une plaque. La diminution d'épaisseur est appelée tirant d'eau, tandis que l'augmentation de longueur est appelée élongation absolue. L'augmentation de la largeur est appelée propagation absolue.

Le tirant d'eau relatif et le coefficient d'allongement peuvent être définis comme suit:

L'équation ci-dessus (3) montre que le coefficient d'allongement est proportionnellement défavorable au rapport entre la section transversale finale et la section d'origine de l'ouvrage. En outre, l’équation (2) montre que le coefficient d’élongation est proportionnel au rapport entre les longueurs finales et initiales du travail.

La Fig. 2.5 montre la zone de déformation, l'état de contrainte et l'angle de contact dans le processus de laminage. Le métal est déformé dans la zone ombrée, appelée zone de déformation. Le métal ne subit aucune déformation avant et après la zone de déformation.

On voit également que le métal en déformation est en contact avec chacun des rouleaux le long de l'arc AB. L'arc-AB s'appelle l'arc de contact. Son angle correspondant (α) est appelé angle de contact ou angle de morsure.

A partir de la géométrie du dessin et en appliquant une trigonométrie simple, l'angle de morsure peut être défini comme suit:

L'équation ci-dessus (4) donne la relation entre les paramètres géométriques du processus de laminage, l'angle de morsure, le tirant d'eau et le rayon des rouleaux.

Afin de garantir le déplacement du métal par frottement, l'angle de contact (α) doit être inférieur à l'angle de frottement (β), où tan β = µ (le coefficient de frottement entre la surface du rouleau et le métal).

La valeur maximale admissible de l'angle de contact (α) dépend d'autres facteurs tels que:

(i) Matériau des rouleaux.

ii) Matériau du travail en cours de laminage.

(iii) Température de roulement.

iv) Vitesse des rouleaux, etc.

Le tableau indique l’angle de morsure maximal recommandé (α) pour différents processus de laminage:

Charge et puissance requises pour rouler:

La zone de déformation, l'état de contrainte et l'angle de contact lors du laminage sont représentés à la figure 2.4 (simple laminage d'une plaque). Le système de contrainte principal produit dans la zone de déformation est une compression tri-axiale. La contrainte maximale ou principale agit normalement dans le sens du roulement.

Le métal déformé exerce une force égale et opposée sur chacun des rouleaux pour satisfaire les conditions d'équilibre.

Par conséquent, cette force normale au sens de laminage est un facteur important pris en compte pour la conception des cylindres et du corps de la fraise. Cette force (F) est également importante pour déterminer la consommation d'énergie dans un processus de laminage.

Malheureusement, la détermination exacte de la charge de roulement et de la consommation d'énergie est une tâche typique et nécessite une bonne connaissance de la théorie de la plasticité et du calcul.

Néanmoins, une première approximation de la charge de roulement peut être donnée par l'équation suivante:

Cette équation (2) néglige le frottement à l'interface rouleau-travail et donne donc une estimation inférieure de la charge de roulement.

Sur la base des expériences, un facteur de multiplication de 1, 2 est utilisé dans l’équation modifiée pour prendre en compte les frictions:

En outre, la consommation d'énergie dans le processus de laminage ne peut pas être facilement obtenue; Cependant, une estimation approximative (en tenant compte du faible coefficient de frottement) est donnée par:

Les différentes méthodes de réduction de la force de séparation (F) sont les suivantes:

(a) Diamètre du rouleau plus petit (ce qui réduit la surface de contact).

(b) Moins de friction.

(d) Prenez un «angle de morsure» petit (réduisant ainsi la surface de contact).

Lubrification dans le processus de laminage:

La lubrification est utilisée dans le processus de laminage pour réduire le frottement entre les rouleaux et le métal à rouler. La friction joue un rôle très important et utile dans le processus de laminage.

En fait, il est responsable du transfert du travail entre les rôles et ne devrait donc pas être éliminé ou réduit au-dessous d'un niveau approprié. Ceci est une considération importante lors du choix d'un lubrifiant pour un processus de laminage.

Dans le laminage à froid de l'acier, on utilise des lubrifiants fluides de faible viscosité. La paraffine convient aux matériaux non ferreux tels que l'aluminium, le cuivre et ses alliages pour éviter les taches lors du traitement thermique ultérieur. avec un flot d’eau pour générer de la vapeur et briser les écailles formées, sont utilisés. Parfois, une émulsion de graisse graphitée est utilisée comme lubrifiant.

Défauts dans les produits laminés:

Un certain nombre de défauts des produits laminés surviennent pendant le processus de laminage. Un défaut particulier est généralement arrivé avec un processus particulier et ne survient pas dans d'autres processus.

Certains des défauts communs dans les produits laminés sont donnés ci-dessous:

(i) fissuration des bords:

La fissuration des bords se produit généralement dans les lingots, les dalles ou les plaques laminés. Cela est dû soit à une ductilité limitée du métal travaillé, soit à une déformation inégale, en particulier aux bords.

(ii) plis:

Les plis sont un défaut qui se produit généralement lors du laminage des plaques. Cela est dû au fait que la réduction par passe est trop petite.

(iii) Alligatoring:

L'alligatoring est le défaut qui se produit généralement lors du laminage de dalles (en particulier d'aluminium et d'alliages). Dans ce défaut, la pièce se scinde en sortie selon un plan horizontal, avec le haut et le bas. Ce défaut survient toujours lorsque le rapport entre l'épaisseur de la dalle et la longueur du contact est compris entre 1, 4 et 1, 65. Fig. 2.15. Montre le défaut d'alligatoring.