Brevet FR2414075A1 — publié le 19790803

La présente invention se réfère a la trempe superficielle de pièces d'acier de révolution et plus particulièrement de forme générale substantiellement cylindrique, telles par exemple que des arbres, des barres ou des rouleaux. On sait qu'on utilise le plus souvent dans ce but le chauffage par induction, obtenu par un flux magnétique alternatif de fréquence appropriée qu'on applique a la pièce intéressée de façon a l'échauffer principalement par l'effet des courants de Foucault, ces derniers formant par ailleurs un écran qui s'oppose à la pénétration du flux dont l'action reste ainsi relativement superficielle. Dans ces conditions, si la puissance mise en jeu est suffisante pour obtenir un échauffement rapide, la chaleur ne pénètre pas non plus par conduction et la trempe subséquente n'affecte qu'une zone périphérique d'épaisseur réduite, ce qui constitue précisément le but recherché. Pour assurer le chauffage par induction d'une pièce on connaît divers dispositifs d'inducteurs constitués par des conducteurs de forte section, souvent refroidis par circulation d'eau et combinés ou non avec des pièces magnétiques feuilletées propres a favoriser le passage du flux dans l'air. Suivant les dispositions adoptées ces condUcteurs peuvent étire rectilignes, circulaires, hélicordaux, etc.. Dans le cas des arbres, barres, rouleaux et analogues, on utilise très généralement des inducteurs annulaires (en forme d'anneau ouvert ou de spires d'hélice) et l'on déplace longitudinalement la pièce suivant leur axe de façon qu'elle s'échauffe régulièrement sur toute la longueur prévue. Ce mode opératoire présente toutefois un inconvénient qui peut s'avérer important quand on désire réaliser sur la pièce une zone trempée d'une profondeur notable, très nettement limitée en longueur et qui comporte une épaisseur absolument régulière sur toute son Entendue. Si l'on considère en effet l'instant où l'on envoie le courant dans l'inducteur, il faut un certain temps pour que la partie de la périphérie de la pièce qui se trouve a l'intérieur de celui-ci s'échauffe a la température voulue dans toute l'épaisseur désirée. Par conséquent si l'on déplace la pièce aussitôt que le courant commence à circuler, on aboutit à ce que la zone traitée comporte une partie initiale où la profondeur de trempe se trouvera réduite.Si au contraire on attend pour déplacer la pièce que l'échauffement se soit suffisamment étendu en profondeur, comme l'effet de l'inducteur dans un plan transversal donné de la pièce ne cesse pas aussitôt que ce plan a commencé a se déplacer par rapport à lui la profondeur de la zone traitée est trop forte au début. On retrouve ensuite le méme problème quand on atteint l'autre extrémité de la zone a traiter. En pratique la profondeur est en général exagérée au début de cette zone et insuffisante a la fin. On peut évidemment songer a éliminer cet inconvénient en traitant la pièce sur une longueur supérieure a celle désirée. On obtient ainsi une zone principale a profondeur de traitement régulière, bordée par deux zones latérales où cette régularité disparait. Mais pour pouvoir résoudre ainsi le problème il faut d'abord que la conformation de la pièce se prête a la réalisation de telles zones latérales, ce qui n'est pas le cas, par exemple, si la zone dans laquelle la régularité de profondeur de traitement est exigée est bordée par des parties a diamètre beaucoup plus faible ou plus grand. I1 faut ensuite que la présence des zones latérales précitées ne constitue pas un défaut pour la pièce elle-méme. L'invention vise au contraire a permettre d'obtenir une parfaite régularité de profondeur de trempe superficielle dans la zone désirée de la longueur de la pièce sans que le traitement affecte les zones voisines, meme si cette zone est située entre deux parties dont les diamètres sont beaucoup plus importants de celui de ladite zone. Conformément à l'invention pour échauffer superficiellement la pièce par induction, on la fait tourner autour de son axe en face d'au moins un inducteur linéaire disposé au voisinage de sa périphérie et s'étendant substantiellement sur la longueur de la zone a tremper. On conçoit qu'ainsi la longueur de la zone traitée sur la pièce se trouve exactement limitée par celle de l'inducteur. Du fait que ce dernier ne se déplace plus longitudinalement relativement a la pièce, on élimine toute espèce de zone latérale de début et de fin où la profondeur de traitement risquerait d'être irrégulière. Quant à la régularité dans le sens angulaire, c'est- -dire considérée autour de l'axe de la pièce, il est très facile de l'obtenir en prévoyant les choses de manière que la pièce tourne d'un nombre adequat de tours pendant le chauffage et qu'ainsi les irrégularités qui pourraient apparaître lors de la mise en action de l'inducteur, puis de son arrêt, soient pratiquement nulles. On utilise préférablement en guise d'inducteurs plusieurs conducteurs linéaires régulièrement répartis en plusieurs points ou sur le pourtour de la pièce. L'invention vise en outre un appareil particulièrement appro prié pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. I1 comprend deux conducteurs linéaires solidarisés l'un avec l'autre par deux arceaux métalliques d'extrémité, l'un formant liaison électrique entre les conducteurs, tandis que l'autre est fait en deux moitiés isolées électriquement l'une de l'autre et qui constituent les bornes d'amenée de courant aux inducteurs ainsi montés en série a travers le premier. Les deux arceaux supportent par l'intermédiaire d'organes isolants appropriés, les dispositifs d'aspersion ou "doches1 destinés a assurer la trempe une fois l'opération de chauffage terminée. Le dessin annexé, donné a titre d'exemple permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe axiale montrant la disposition généralement adoptée pour réaliser le chauffage par induction d'une pièce de révolution en vue de sa trempe superficielle. Fig. 2 est une coupe transversale suivant II-II (fig. 1). Fig. 3 est une vue semblable a celle de fig. 1, mais correspondant à la mise en oeuvre de l'invention. Fig. 4 est une coupe suivant IV-IV (fig. 3). Fig. 5 est une vue en élévation avec coupe partielle du dispositif d'inducteur linéaire double utilisé en fig. 3 et 4. Fig. 6 est une coupe suivant le plan VI-VI de fig. 5, cette vue indiquant en V-V le plan de la coupe partielle de ladite fig. 5. Fig. 7 est une vue éclatée montrant les agencements de la liaison des extrémités en vis-a-vis des deux demi-arceaux dans le dispositif suivant fig. 5 et 6. Fig. 8 montre schématiquement le cas d'une pièce a traiter comportant des parties latérales débordantes susceptible de receVoir application de l'invention en dépit de la présence de celles-ci. Suivant les procédés connus et comme montré fig. 1 et 2, pour tremper superficiellement une pièce cylindrique 1, par exemple en acier, on la monte par ses extrémités entre deux supports appropriés 2 et 3, de type quelconque, et on l'entoure par un inducteur circulaire 4 fait d'un anneau fendu aux extrémités en vis-a-vis duquel on amène,.par tous moyens appropriés non figurés, un courant alternatif de fréquence et de puissance convenables. L'inducteur 4 est porte par un chariot 5 qu'on déplace longitudinalement sur des tiges de guidage 6. La zone a tremper superficiellement sur la pièce 1 est indiquée par la flèche double 7. Elle s'étend entre deux plans A et B.On commence par disposer l'inducteur 4 à l'extrémité A, puis lorsque la pièce a commencé à s'échauffer superficiellement, on déplace progressivement le chariot 5 dans le sens de la flèche 8 de façon a amener l'inducteur 4 dans le plan B. La puissance mise en jeu étant importante, l'échauffement superficiel ainsi obtenu est très rapide ; la pièce est aspergée pour la tremper au cours du déplacement de l'inducteur à l'aide d'un dispositif, de forme annulaire en général. Fig. 2, qui est une coupe transversale correspondant a fig. 1, montre bien qu'ainsi l'on obtient sur la pièce une zone superficiellement trempée C s'étendant sur une certaine profondeur. Toutefois, ainsi qu'on l'a dit plus haut, l'inconvénient de ce mode opératoire est que le début et la fin de la zone C (soit vers les plans respectifs A et B) n'ont pas la même profondeur que la partie intermédiaire. Ce phénomène est d'autant plus marqué que la profondeur de trempe est plus grande. On a exposé ci-dessus les inconvénients que cela comporte. Bien entendu l'inducteur entourant 4 pourrait être hélicoldal, c'est-à-dire affecter la forme d'une bobine, les supports 2 et 3 pourraient être différents de ceux représentés, mais tout cela ne changerait rien aux explications générales qui précèdent. Conformément a l'invention (fig. 3 et 4) on monte la pièce 1 de manière qu'il soit possible de la faire tourner sur elle-méme. Dans l'exemple représenté l'une de ses extrémités est supportée par une pointe 3, comme en fig. 1, tandis que l'autre est serrée dans un mandrin tournant 9. On retrouve la zone a traiter 7 délimitée par les deux plans A et B, mais ici l'on utilise en guise d'inducteurs deux conducteurs linéaires 10 et li disposés longitudinalement à 180 l'un de l'autre au voisinage de la périphérie de la pièce 1. On commence par faire tourner la pièce comme indiqué par la flèche 12 et l'on envoie le courant dans les conducteurs 10 et 11, de manière qu'il circule en sens inverse dans l'un par rapport à l'autre. La encore si la fréquence et la puissance du courant sont appropriées, on obtient très rapidement un échauffement superficiel qui permet la trempe. Mais la profondeur de la zone trempée C s'avère parfaitement régulière dans toute son étendue longitudinale, au contraire de ce qui était le cas en fig. 1. Quant à la régularité dans le sens angulaire, elle est assurée si l'on a soin de faire tourner la pièce de plusieurs tours au cours de l'opération, toute irrégularité éventuelle au début ou à la fin de celle-ci se trouvant ainsi pratiquement annulée. On peut donc obtenir un résultat parfait sans avoir besoin d'étendre la zone trempée au-del des plans A et B. Fig. 5 a 7 montrent le détail du dispositif auquel les inducteurs ou conducteurs 10 et 11 de fig. 3 et 4 sont associés. Chacun de ces conducteurs est constitué par un barreau de cuivre, auquel on a conservé les références respectives 10 et 11, et qui est perforé de part en part suivant son axe d'un canal cylindrique 10a, lla propre à permettre une circulation d'eau de refroidissement. Sur chacun de ces barreaux l'on a engagé à force des tôles de fer doux 13 à,profil en U ouvertes en direction de la pièce 1 (voir fig. 6) et pour maintenir ces tôles 13 on a soudé sur chaque barreau un certain nombre d'entretoises de cuivre 14, convenablement espacées les unes des autres. Les deux barreaux 10 et 11 sont réunis l'un à l'autre à l'une de leurs extrémités par un arceau 15 réalisé par cintrage d'un barreau identique à ceux 10 et 11 précédemment indiqués (mais ne comportant ni les tôles 13, ni les entretoises 14). Pour rigidifier ce barreau on lui a associé une nervure extérieure 16 rapportée par soudure. Un systeme approprié de perçages et de bouchons permet d'établir une canalisation continue a l'intérieur des barreaux 10, 11 et de l'arceau 15. Les deux autres extrémités des barreaux 10 et 11 sont également réunies l'une à l'autre par un arceau de profil semblable a celui de l'arceau 15 précité, mais ici celui-ci est fait en deux moitiés, respectivement référencées 17 et 18 (voir fig. 6 et 7), chaque moitié comportant une nervure de renfort 19, 20. Les extrémités en vis-a-vis de ces deux moitiés sont solidaires chacune d'une bride plate 21, 22 et ces deux brides sont serrées l'une contre l'autre avec interposition d'une épaisseur isolante 23. On a indiqué en 24, 25 et 26 les trous de passage des boulons de serrage 27 (fig. 5), lesquels doivent être prévus de manière à ne pas relier électriquement les deux brides (boulons en Nylon, boulons métalliques avec douille et rondelles isolantes, etc..3. On notera encore que chaque bride 21, 22 est solidaire par soudure ou autrement d'un demiplateau rectangulaire 28, 29 décalé latéralement par rapport a l'arceau 17-18, c'est- -dire longitudinalement par rapport a l'axe général du dispositif. Les deux demi-plateaux ainsi décalés sont sé parés par une barrette isolante longitudinale 30 qu'on a soin de serrer entre eux lors du montage des boulons 27. Ils sont percés de trous 31, 32 propres à recevoir les boulons de fixation des conducteurs d'amenée de courant, non représentés. Les alésages axiaux des demi-arceaux 17 et 18 sont reliés par un système approprié de perçages et de bouchons avec ceux des barreaux 10 et 11 d'une part, et d'autre part avec des tubulures de raccordement 33, 34 grace auxquelles on peut ainsi faire circuler l'eau de refroidissement à travers les barreaux et les arceaux (flèches 35 et 36). Le dispositif de fig. 5 à 7 comprend encore trois boites d'aspersion ou "douches" 37, 38, 39 propres à assurer l'opération de trempe. Chacune de ces douches se présente sous forme rectangulaire plate, une de ses grandes faces, tournée vers l'axe des arceaux (c'est-à-dire vers la pièce 1 indiquée en traits mixtes en fig. 6) étant percée de trous, respectivement 40, 41, 42, tandis que l'autre grande face est équipée d'une tubulure de raccordement 43, 44, 45 propre à assurer l'alimentation (flèches 46, 47, 48). La fixation est assurée par une petite équerre 49, 50, 51 soudée à la grande face et vissée par ailleurs sur une pièce longitudinale isolante 52, 53, 54 traversée dans son épaisseur par un axe longitudinal 55, 56, 57 dont les extrémités passent dans des bras plats 58, 59, 60 auxquels ils sont fixés par le moyen d'écrous de serrage 61, 62, 63, ces bras eux-mêmes se fixant sur les nervures 16, 19 20 des arceaux ou demi-arceaux 15, 17, 18 par l'intermédiaire de vis 64, 65, 66. On comprend que cet agencement permet de régler comme on le désire la position des douches par rapport a la périphérie de la pièce 1 en vue d'assurer une trempe régulière. La fixation de l'appareil sur le transformateur d'adaptation s'effectue avantageusement par l'intermédiaire des conducteurs d'amenée de courant fixés aux demi-plateaux et réalisés sous forme de barres rigides. L'ensemble transformateur-inducteurs-douches peut alors être fixé sur tout dispositif de présentation vertical ou horizontal qui permette l'entraînement en rotation de la pièce, et éventuellement un mouvement axial de l'ensemble ou la translation longitudinale de la pièce afin de faciliter la manipulation des produits à tremper. Fig. 8 montre à titre de complément d'explication une pièce 1 dont la zone à tremper est bordée par deux parties débordantes la, lb. On voit que les inducteurs linéaires 10, 11 se logent parfaitement entre ces parties et permettent ainsi la mise en oeuvre du pro cédé suivant l'invention sans aucune difficulté particulière, ce qui n'aurait pas été le cas avec les méthodes de la technique antérieure. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'd titre d'exemple, et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Procédé de chauffage par induction en vue de la trempe sur perficielle de pièces de révolution, caractérisé en ce qu'on fait tourner la pièce à traiter autour de son axe en face d'au moins un inducteur linéaire situé au voisinage de sa périphérie et s'étendant substantiellement sur la longueur de la zone à tremper. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait tourner la pièce sur elle-même de plusieurs tours au cours de l'opération de chauffage de manière à éliminer pratiquement les zones angulaires a profondeur de trempe irrégulière susceptibles d'apparaître au début et à la fin de celle-ci. 3. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en guise d'inducteurs deux conducteurs linéaires solidarisés l'un avec l'autre par deux arceaux métalliques d'extrémité, l'un formant liaison électrique entre les conducteurs, tandis que l'autre est fait en deux moitiés isolées électriquement l'une de l'autre et qui constituent bornes d'amenée de courant aux inducteurs ainsi montés en série. 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les arceaux supportent par l'intermédiaire d'organes isolants appropriés, les dispositifs d'aspersion ou "douches" destinés à assurer la trempe de la pièce en rotation une fois l'opération de chauffa- ge terminée. 5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel les inducteurs sont tubulaires de façon à pouvoir être refroidis par circulation d'eau, caractérisé en ce que les arceaux sont eux-mêmes tubulaires et sont reliés aux inducteurs de façon telle que le liquide de refroidissement entrant par un demi-arceau sorte par l'autre après avoir traversé l'un des inducteurs, l'arceau non divisé et l'autre inducteur. 6. Appareil suivant l'ensemble des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que chaque arceau comporte une nervure périphérique débordante utilisée pour la fixation des organes isolants formant supports des douches. 7. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les organes isolants formant supports des douchettes sont fixés aux arceaux par l'intermédiaire de bras articulés de façon que les douches puissent être réglées en position et en orientation.