Logique d'ingénierie pour la conception et la fabrication des logements de roulements (Partie 1)

Dans les équipements complets des laminoirs à tôles et à bandes, le palier est souvent perçu comme un simple boîtier pour les roulements. En réalité, il assure non seulement le montage et le positionnement des roulements, mais participe aussi directement à la transmission de la force de laminage, au maintien de la rigidité du système de cylindres, au contrôle de la précision de la forme de la tôle et à la fiabilité opérationnelle à long terme de l'équipement. Pour les lignes de laminage à chaud, à froid et de laminage de feuilles, la conception, le choix des matériaux, la précision d'usinage et les exigences de contrôle du palier diffèrent sensiblement.

1. Le logement du palier doit être compris en fonction de la fonction des cylindres du laminoir.

Dans la structure d'un laminoir, le palier est installé aux deux extrémités des cylindres et sert à loger les roulements et à transmettre la charge de laminage au bâti ou à la structure de la machine. Généralement, le palier est identifié sur le terrain selon deux dimensions : d'une part, on distingue le palier du cylindre moteur, le palier du cylindre intermédiaire et le palier du cylindre porteur, selon la fonction du cylindre ; d'autre part, on distingue le palier du cylindre supérieur, le palier du cylindre inférieur, le palier de transmission et le palier du cylindre porteur, selon leur position d'installation. Ces appellations sont ainsi précisées, par exemple : palier du cylindre moteur côté transmission (supérieur) et palier du cylindre porteur côté action (inférieur).

L'importance de cette méthode de classification réside dans le fait que les différents rouleaux remplissent des fonctions différentes, et que la forme de la charge, la fréquence de changement de rouleau, les contraintes d'espace, les méthodes de lubrification et les exigences de précision du palier varient également. Par conséquent, la conception du palier ne peut se limiter à une simple classification selon le type de laminage (à chaud, à froid, à feuilles) et doit d'abord définir clairement s'il est destiné au rouleau de travail, au rouleau intermédiaire ou au rouleau de support.

2. Principes de conception des différents paliers de roulement

Le cylindre de travail participe directement à la déformation du métal et constitue le composant du système de laminage présentant la fréquence de changement de cylindre la plus élevée et la charge dynamique la plus complexe. Le palier du cylindre de travail correspondant doit généralement résister aux charges alternées, aux chocs, ainsi qu'aux forces de contrôle de la forme de la tôle, telles que le pliage et la torsion. Sa conception privilégie la résistance à la fatigue, aux chocs et à l'usure de la surface de guidage, la facilité de changement de cylindre et l'adaptation des interfaces avec le bloc de pliage, le chariot de changement de cylindre, le dispositif de verrouillage et le système de lubrification.

Le cylindre de support supporte principalement l'effort de laminage et son palier, de volume important et de poids conséquent, constitue un élément porteur essentiel du système de rigidité du laminoir. Sa conception privilégie la rigidité statique globale, la précision de positionnement de l'alésage et de la surface d'appui du palier, la fiabilité de l'installation du palier, la maîtrise des contraintes résiduelles et la stabilité dimensionnelle à long terme. Pour les grands laminoirs à chaud, le palier du cylindre de support doit également prendre en compte les charges d'impact, la marge de sécurité et la facilité de maintenance sur site.

Le cylindre intermédiaire est principalement utilisé dans les laminoirs à six cylindres, les laminoirs HC, les laminoirs UCM et certains laminoirs multicylindres. Il est étroitement lié aux cylindres de guidage, aux cylindres de cintrage et au système de contrôle de la forme des tôles. Son logement de palier est relativement compact, avec des interfaces complexes, et exige une grande précision dimensionnelle et une forte homogénéité. L'objectif principal est d'assurer la précision du guidage des cylindres de guidage, de contrôler la déformation de biais et d'optimiser l'agencement des systèmes de lubrification, de refroidissement et d'étanchéité.

3. Différences dans les conditions de fonctionnement des paliers pour le laminage à chaud, le laminage à froid et le laminage de feuilles

Les exigences fondamentales pour les paliers de laminoirs à chaud sont la robustesse, la résistance aux chocs et l'adaptabilité à l'environnement chaud. Sur un site de laminage à chaud, on observe un rayonnement thermique intense, la formation de calamine, l'érosion par la vapeur d'eau et d'importantes fluctuations de la force de laminage. Bien que le palier ne soit pas en contact direct avec la billette chaude, il est constamment exposé à des conditions extrêmes. Il convient donc de porter une attention particulière au coefficient de sécurité structurel, à la résistance à l'usure des surfaces de contact, à l'étanchéité, à la fiabilité de la lubrification et à la facilité d'entretien. Le choix des matériaux peut se faire parmi l'acier moulé, l'acier allié moulé, la fonte ductile ou l'acier forgé, en fonction des dimensions, du niveau de charge et du coût de fabrication. Il n'est pas nécessaire d'imposer un matériau spécifique à un type de palier donné.

Les exigences fondamentales pour le palier des laminoirs à froid sont la rigidité, la précision et la stabilité dynamique. La vitesse de laminage à froid étant élevée, les exigences relatives à la forme et à l'épaisseur des tôles sont strictes. De légères déformations, des variations de jeu ou des erreurs d'assemblage du palier peuvent affecter la stabilité du laminage et la qualité du produit. Sa conception doit privilégier la précision de l'alésage du palier, de la surface de guidage, de la surface de positionnement et des interfaces avec les cylindres de cintrage, les cylindres de guidage, le système de contrôle automatique de la tension (AGC), etc. Il convient également de prendre en compte la maîtrise des vibrations lors du fonctionnement à haute vitesse et la précision de positionnement répétable après plusieurs changements de cylindres. 

Les exigences essentielles pour le palier d'une machine de laminage de feuilles métalliques sont une précision élevée, de faibles vibrations et une stabilité dimensionnelle. Les bandes extrêmement fines, telles que les feuilles d'aluminium et les feuilles pour batteries, sont très sensibles aux vibrations du laminoir. Même de légères vibrations des rouleaux ou des déformations locales du palier peuvent engendrer des marques de vibration, des variations d'épaisseur ou des défauts de forme sur la surface de la bande. Par conséquent, le palier de la machine de laminage de feuilles métalliques doit non seulement garantir la précision de positionnement et la régularité d'assemblage, mais aussi assurer un amortissement structurel optimal, une maîtrise de l'échauffement, une lubrification efficace et une bonne étanchéité, tout en étant adapté à un environnement propre. Certaines machines de laminage de haute précision peuvent utiliser des matériaux à bon amortissement, comme la fonte ductile, mais leur compatibilité avec ces matériaux doit être vérifiée en fonction de la charge, de la rigidité, des contraintes de contact et des exigences du client.

4. Le choix des matériaux ne peut pas être simplement jugé en fonction de la taille de la charge.

L'essence du choix des matériaux pour les paliers est de parvenir à un équilibre entre résistance, rigidité, ténacité, amortissement, facilité de fabrication, coût et facilité d'entretien.

Certains paliers de cylindres de travail sont fabriqués en acier forgé ou en acier allié de haute qualité, car les cylindres sont fréquemment remplacés et soumis à des chocs et des charges alternées importantes. Les surfaces de guidage, les surfaces de blocage et les zones de montage des roulements sont sujettes à l'usure et à la fatigue. L'acier forgé présente une densité, une ténacité et une résistance à la fatigue élevées, ce qui le rend adapté aux applications exigeant des charges élevées, une grande précision ou des chocs importants. Cependant, l'acier forgé n'est pas obligatoire pour tous les paliers de cylindres de travail. Pour les laminoirs de taille moyenne ou dans des conditions de travail non contraignantes, on peut également utiliser de l'acier moulé, de la fonte ductile ou des matériaux composites.

Les paliers de roulement de grande taille sont souvent fabriqués en acier moulé ou en pièces moulées de grande dimension en raison de leurs dimensions importantes et de leur structure complexe. Ils peuvent comporter des canaux de lubrification, des cavités de retour d'huile et des mécanismes de levage. Le procédé de moulage présente l'avantage de permettre la réalisation de structures complexes et de grande taille, tout en maîtrisant les coûts. Dès lors que la qualité du moulage, le traitement thermique et le contrôle des défauts sont rigoureux, les exigences de résistance, de rigidité et de durée de vie sont pleinement satisfaites.

L'intérêt de la fonte ductile réside principalement dans ses propriétés d'amortissement, son aptitude au moulage et sa stabilité dimensionnelle. Dans certaines machines de laminage de précision ou de laminage de feuilles sensibles aux vibrations, elle peut être utilisée comme solution pour réduire les vibrations. Cependant, sa résistance, sa ténacité et sa soudabilité diffèrent de celles de l'acier, et elle ne peut être directement remplacée par ce dernier malgré ses excellentes propriétés d'amortissement. Une validation technique reste indispensable.

5. La qualité de fabrication détermine la durée de vie du logement de palier.

La fabrication du logement de palier n'est pas un simple processus de fonderie ou d'usinage, mais une ingénierie systématique qui contrôle uniformément les matériaux, le traitement thermique, le traitement, l'inspection et les critères d'assemblage.

Au stade des matières premières, les points de contrôle clés comprennent la composition chimique, les défauts internes, les inclusions, le retrait et la porosité, ainsi que les contraintes résiduelles issues de la fonderie et du forgeage. Les paliers de grande taille doivent minimiser les risques liés à la qualité grâce à une conception optimisée des masselottes et des canaux de coulée, à la simulation de la solidification, aux procédés de forgeage et aux systèmes de traitement thermique. Il est important de noter que les exigences de haute pureté en matière de fusion des cylindres ne correspondent pas directement à toutes les exigences des paliers. Ces dernières doivent être définies en fonction du matériau du palier, des conditions de travail et des accords techniques.

Lors de la fabrication, les points de contrôle clés comprennent les alésages de paliers, les faces d'extrémité, les surfaces de guidage des fenêtres, les surfaces de montage des garnitures, les surfaces de verrouillage et les systèmes de lubrification. Pour les paliers laminés à froid et les paliers à laminage de feuilles, il est également important de veiller à la cohérence des paliers afin d'éviter tout écart d'axe du système de rouleaux, tout jeu anormal des fenêtres ou toute erreur de contrôle de la forme des plaques lors de l'assemblage.

Lors de l'inspection, outre les contrôles dimensionnels de routine, il convient de combiner les essais non destructifs, les essais de dureté, le remesurement des positions critiques de la forme et la vérification nécessaire de l'assemblage d'essai, en tenant compte des types de matériaux et des exigences du client. Pour les laminoirs à six et vingt rouleaux, ainsi que pour les laminoirs haut de gamme, il existe une relation dimensionnelle claire entre le logement du palier, la garniture, le coin, le rail de guidage et les composants de l'assemblage du palier ; l'accumulation des erreurs doit donc être maîtrisée dans une perspective systémique.

6. De l'achat de pièces détachées à l'achat de la fiabilité du système

Lorsqu'un palier de roulement tombe en panne, cela affecte non seulement la pièce elle-même, mais peut également entraîner la surchauffe du roulement, la surcharge des rouleaux, une déformation des plaques, des vibrations de la machine à laminer, un arrêt imprévu et même des dommages au châssis. Comparées à la différence de prix d'achat, les pertes engendrées par les arrêts de production, les réparations et les problèmes de qualité sont souvent plus importantes.

Par conséquent, l'approvisionnement en paliers ne doit pas seulement comparer les prix unitaires, mais aussi évaluer les capacités du fournisseur en matière de vérification de la conception, de contrôle des matériaux, d'expérience en matière de traitement thermique, de capacités d'usinage de précision, de méthodes d'inspection et de résolution de problèmes en boucle fermée sur site. 

Guangwei Precision se consacre depuis longtemps à la recherche et à la fabrication de composants essentiels pour les équipements métallurgiques. L'entreprise fournit des paliers et autres composants pour les lignes de laminage à chaud, à froid et de feuilles métalliques, ainsi que pour la production de plaques et de bandes. Notre priorité n'est pas seulement la livraison des produits, mais aussi la fiabilité et la durabilité des paliers au sein des systèmes de laminage. Grâce à une sélection rigoureuse des matériaux, une optimisation structurelle poussée, un contrôle précis de la fabrication, des tests de contrôle et un suivi constant des applications, nous offrons à nos clients des paliers et des solutions plus fiables, durables et performants.

À propos de GW Precision

GW Precision Technology Co., Ltd., entreprise de haute technologie certifiée au niveau national, est spécialisée depuis 2006 dans la fabrication de bobines d'acier de précision et compte parmi les plus anciens fabricants de bobines d'acier en Chine. Ses produits sont utilisés pour le bobinage de feuilles et de films d'aluminium, de cuivre, d'acier inoxydable et d'acier au silicium, et sont utilisés par des clients dans de nombreux pays à travers le monde.

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