Une introduction au nivellement des plaques

Un système de mise à niveau à quatre niveaux pouvant traiter des tôles de 0,25 à 6 pouces d'épaisseur et jusqu'à 160 pouces de largeur se trouve sur le plancher d'assemblage et d'essai d'American Steel Products.

La plupart des fabricants de métaux connaissent l'importance d'un bon nivellement. Les processus utilisés pour créer la tôle à l'usine produisent une tôle avec des contraintes piégées, un tir à la corde virtuel de tension et de compression. Une feuille devient plate lorsque ces forces sont en équilibre dans toutes les directions de la plaque.

Pour atteindre cet équilibre, les processeurs de bobines peuvent utiliser diverses technologies de nivellement correctif - nivellement de tension, nivellement de passe de revenu, même nivellement de civière - mais le nivellement de rouleau reste la technologie dominante.

La plupart des technologies de nivellement correctif se concentrent sur les tôles de 0,25 po et moins, mais qu'en est-il du nivellement des plaques ? Quiconque travaille dans la fabrication lourde, comme la fabrication de grands réservoirs ou les travaux de cuves sous pression nécessitant un laminage lourd, connaît les défis lorsqu'une plaque découpée ou formée libère des contraintes. Le processus devient moins prévisible. Mais la technologie permettant de niveler la plaque, parfois jusqu'à 6 pouces d'épaisseur, peut aider à rendre la fabrication lourde beaucoup plus prévisible, plus rapide et moins coûteuse.

La demande de planage de plaques remonte à des déc-ades. Une plaque de plusieurs pouces d'épaisseur, conçue pour les navires et les sous-marins datant d'avant la Seconde Guerre mondiale, devait être plate avant le début de la fabrication, d'où la nécessité d'un nivellement, qui se produisait généralement à l'usine. Au fil des ans, le nivellement des plaques est devenu plus critique à mesure que les matériaux devenaient plus complexes. Les réservoirs et les navires en sont d'excellents exemples, ainsi que d'autres produits fabriqués au fil des ans pour les champs pétrolifères, les usines de gaz naturel, l'industrie des services d'eau, les usines de transformation des aliments, la construction de ponts et ailleurs.

Certaines zones de transformation alimentaire et chimique utilisent une plaque plaquée, incorporant une épaisse section de métal de base en acier au carbone et une couche plaquée d'acier inoxydable autour du diamètre intérieur, pour empêcher la corrosion et les réactions chimiques à l'acide sur la paroi intérieure tout en permettant aux composants d'être soudés à l'acier au carbone sur le diamètre extérieur. Certains réservoirs sont doublés de caoutchouc ou de verre. Un tuyau de grand diamètre en tôle à haute résistance, essentiel pour le forage en mer, doit également être nivelé.

Quelques fabricants travaillent dans les épaisseurs extrêmes de l'acier inoxydable, voire des tôles composées de plusieurs alliages fusionnés. Une entreprise appelée Dynamic Materials Corp., par exemple, fusionne de l'acier inoxydable de 0,25 pouce d'épaisseur avec de l'acier au carbone d'une épaisseur allant jusqu'à 3 pouces. Pas surprenant, compte tenu de son symbole boursier - BOOM - la société fusionne l'acier inoxydable à l'acier au carbone dans une chambre souterraine grâce à une forme unique de soudage par explosion. Tout cela crée une plaque épaisse et extraordinairement solide qui, avant d'être coupée et formée dans un atelier de fabrication, doit être nivelée.

Dans tout ce travail, 0,25 po est considéré comme mince. La majeure partie de cette plaque est plus épaisse et une grande partie mesure plusieurs pouces d'épaisseur. Placez une plaque brute de 3 pouces d'épaisseur - pleine de contraintes inégales et piégées - à travers un rouleau de cintrage à trois ou quatre rouleaux, et il y a peu de chances que vous produisiez facilement un cylindre parfait, avec les bords préparés se rencontrant juste au bon endroit pour le soudage ultérieur.

Quel que soit le processus, si un opérateur commence avec une plaque courbée au milieu ou présentant un certain nombre d'autres défauts de forme, ce processus est susceptible de devenir plus ardu et beaucoup plus coûteux. C'est pourquoi un opérateur commence par utiliser une longue règle droite (8 pieds, par exemple) pour s'assurer qu'une plaque est de niveau dans toutes les directions avant de commencer tout formage ou fabrication.

Les normes de planéité des plaques de l'industrie spécifient un certain degré de planéité; 0,25 po. une variance supérieure à 8 pieds est une spécification courante. Mais de nombreuses opérations de fabrication de plaques nécessitent des tolérances de planéité beaucoup plus strictes, parfois jusqu'à une petite fraction de la norme de l'industrie. C'est là que le nivellement de plaque de précision entre en jeu.

Si un fabricant ou un autre fabricant achète une plaque qui n'a pas été nivelée, la personne qui reçoit le matériau peut remarquer immédiatement les défauts de forme. Ceux-ci incluent une arbalète sur toute la largeur et une courbe de balayage sur sa longueur.

La plaque en alliage 4340, limite d'élasticité de 150 KSI, subit un processus de nivellement. Des vérins hydrauliques massifs et contrôlés avec précision déterminent la profondeur de pénétration de chaque rouleau. Ce système peut niveler une plaque jusqu'à 6 po d'épaisseur et exercer jusqu'à 6 000 tonnes de force de séparation.

Si vous savez comment un niveleur à rouleaux travaille la tôle, vous avez une idée de la façon dont un niveleur à plaque robuste travaille la plaque. La plupart des niveleurs à rouleaux pour matériaux de jauge ont de grands rouleaux de secours en alliage derrière les rouleaux principaux en alliage; par exemple, une machine à quatre hauteurs a des rouleaux d'appui avec de grands roulements à rouleaux en haut et en bas. La conception permet aux rouleaux de moins fléchir et permet des ajustements fins pour produire un matériau plat et uniforme. La feuille entre par les rouleaux initiaux qui ont la plus grande pénétration, en suivant ce que l'on appelle le chemin différentiel autour des rouleaux supérieurs et inférieurs alternés ou décalés.

Les niveleurs à plaques appliquent jusqu'à 6 000 tonnes de force de séparation, ou la force verticale appliquée par les rouleaux. En fait, les niveleurs de plaques à usage intensif appliquent des forces qui dépassent celles appliquées même par les laminoirs qui produisent l'acier. Toute cette force provient de puissants vérins qui appliquent 10 000 livres de pression hydraulique par pouce carré.

La plupart des niveleurs de plaque sont des machines à quatre hauteurs, avec des rouleaux de secours beaucoup plus grands derrière les rouleaux de travail. Le fonctionnement de ces machines ressemble un peu au fonctionnement des niveleuses à rouleaux, mais à bien des égards, il s'agit d'un animal différent, principalement en raison des forces extrêmes et de la plage de limites d'élasticité dans différentes zones d'une plaque donnée. Le rendement peut varier d'une zone de la plaque à l'autre, et dans toutes les directions. Cela crée un besoin d'ajustement, et c'est là que le nivellement à plaque se distingue du nivellement à rouleaux conventionnel.

Pour régler une planeuse à rouleaux, un opérateur peut régler une volée de rouleaux attachés ensemble sur le même plan. Cela ne fonctionnerait pas avec les paramètres nécessaires au nivellement de la plaque, qui nécessite souvent des forces extrêmes et des différences importantes de pénétration d'un rouleau à l'autre. Le fait d'avoir des rouleaux de travail connectés dans une volée limite la pénétration de matériau que l'opérateur peut atteindre.

Pour obtenir la pénétration maximale et effectuer les réglages fins que le nivellement des plaques exige, le réglage de chaque rouleau est actionné par un vérin hydraulique dédié, contrôlé avec précision, chaque réglage de rouleau mesurant ± 0,001 pouce.

Étant donné que le rendement du matériau peut varier considérablement à différents endroits sur la longueur et la largeur de la plaque, la capacité d'ajustement est essentielle. Certains niveleurs de plaque utilisent des appareils de mesure laser en cours de fabrication. Les lasers donnent à la machine une vue en temps réel de l'état du matériau. Un changement important et inattendu de la limite d'élasticité entraînera un réglage de rouleau spécifique pour affecter la forme du matériau d'une manière différente; si le laser mesure la position du matériau en dehors d'une certaine fenêtre de tolérance, l'opération de nivellement peut compenser en conséquence.

Dans une configuration typique de nivellement de plaque, les rouleaux de cintrage induisent des courbures uniformes dans les directions positive et négative. Les premiers jeux de rouleaux ont généralement une pénétration profonde pour éliminer la distorsion et égaliser la contrainte - essentiellement «en éliminant les plis» de la plaque - les trois derniers jeux de rouleaux contrôlant la rectitude finale.

Une assiette ne s'aplatit pas toujours entièrement après un seul passage dans la machine. Dans certains cas, il est envoyé à travers les rouleaux une fois, inversé, puis renvoyé à nouveau. Très souvent, la plaque émerge de la planeuse après le premier passage avec une courbe ascendante rapide. En un sens, le niveleur remplace une multitude de défauts de forme par un seul, une courbure uniforme, qui peut ensuite être éliminée en renversant la plaque à travers les rouleaux et en la renvoyant pour effectuer le nivellement final. En règle générale, l'opérateur maintient les mêmes réglages de rouleau pour le premier passage de rouleau et le passage inverse. Il peut s'agir de la troisième passe où l'opérateur effectue les derniers changements critiques.

L'opérateur passe en revue un livre qui lui donne les paramètres numériques pour un rendement et une épaisseur de matériau spécifiques. Mais l'opérateur doit inspecter soigneusement le matériau lorsqu'il sort du premier passage. Si le rendement varie considérablement - et c'est possible, simplement en raison de la façon dont les plaques sont fabriquées à l'usine, y compris le processus de trempe - l'opérateur peut avoir besoin de faire des ajustements importants aux réglages du niveleur lors de la ou des passes finales.

Une plaque avec arbalète entre dans sa première passe sur un planeur à quatre plaques hautes avec réglage individuel du roulis.

Parfois, l'opérateur doit répéter ce processus deux ou trois fois avant que la plaque ressorte parfaitement à plat dans toutes les directions. Cela dit, l'opérateur effectue généralement le processus de mise à niveau en seulement trois passages : en avant, en arrière, puis en avant à nouveau dans la machine.

C'est un exercice d'équilibre, car un opérateur de planage de plaques ne veut jamais surcharger la plaque. Le surmenage du matériau et ses propriétés peuvent changer à un degré tel que la fabrication ultérieure devient difficile ou impossible. Et compte tenu de la taille et de la valeur du matériau, le surmener dans une planeuse à plaques peut créer des rebuts très coûteux. C'est pourquoi la capacité d'affiner les réglages des rouleaux, en particulier dans les rouleaux de travail finaux, est si critique.

Un tel réglage fin au niveleur peut éviter des rebuts extrêmement coûteux plus en aval. Dans la fabrication lourde, une seule pièce peut avoir un prix à six chiffres, avant même que le fabricant n'y ait mis la moindre valeur. Plus cette plaque est plate, plus les opérations en aval deviennent cohérentes et plus un fabricant lourd peut être rentable et prospère.

Ford Cauffiel est président d'American Steel Products Co., une division de Cauffiel Industries.