Brevet FR2410045A1 — publié le 19790622

Ia présente invention concerne un procédé de traitement de ressort, visant à améliorer leurs performances ou leur fiabilité lorsqu'ils sont destinés à travailler à des températures élevées, ainsi qu'un appareil ou équipement pour l'application de ce procédé de traitement. Il est notoire que les ressorts qui travaillent sous tension ont tendance à acquérir progressivement un certain degré de déformation permanente et que cette tendance s'accroît avec l'élévation de la température de service. Ce phénomène peut donc entraîner des difficultés sérieuses dans certains cas, par exemple dans celui de ressorts à boudin hélicoldaux travaillant à la compression, utilisés dans des moteurs à combustion interne comme ressorts de soupape, travaillant à des températures élevées qui peuvent atteindre 160oc. Pour essayer de résoudre ce problème, des tentatives ont été faites pour stabiliser les ressorts destinés à travailler sous tension à haute température, en leur faisant subir un traitement de stabilisation par la chaleur, parfois appelé "garrottage à chaud", au cours duquel ils sont délibérément chauffés et chargés à l'état chaud, de façon à les amener à se détendre ou s'affaisser, cette technique s'étant révélée efficace pour réduire quelque peu la tendance aux variations des propriétés physiques au cours du travail ultérieur sous tension à des températures élevées. Mais le mode d'application de ce tracement thermique est important et, de façon générale, les procédés ou techniques proposés antérieurement n'étaient pas aussi satisfaisants qu'on pourrait le désirer. D'après la présente invention, un procédé de traitement d'un ressort, visant à améliorer ses performances ou sa fiabilité lorsqu'il est destiné à travailler à des températures élevées, comprend les opérations consistant d'abord à mettre sous tension le ressort en lui appliquant une charge de grandeur prédéterminée, puis, tout en maintenant l'application de cette charge, à chauffer suffisamment le ressort pour l'amener à commencer à se détendre ou s'affaisser, à maintenir le chauffage jusqu'à ce que la détente ou affaissement du ressort ait atteint une valeur prédéterminée, le chauffage étant alors interrompu automatiquement, et à supprimer finalement la charge lorsque le ressort s'Est refroidi aux alentours de la température ambiante. Pour exécuter le procédé de traitement défini ci-dessus, des dispositions sont prises de préférence pour soumettre le res sort à l'action d'un fluide de refroidissement, tandis qu'il est toujours sous l'effet de la charge, immédiatement après l'interruption du chauffage. Cela peut donc donner lieu à une trempe rapide qui peut être avantageuse. C'est ainsi que, s'agissant de ressorts à boudin hélicoidaux travaillant à la compression, cette lisposition s'est révélée avantageuse, en ce sens qu'elle donne lieu à des lots de ressorts qui ont une longueur exceptionnellement précise ou uniforme à l'état chargé, ainsi qu'une stabilité amé liorée de leurs caractéristiques physiques lors de leur travail ultérieur sous tension à température élevée. Il est commode de procéder au chauffage par voie électrique en faisant passer un courant intense à travers le ressort tandis qu'il est sous la charge, un interrupteur étant agencé de manière à intervenir automatiquement pour couper le courant de chaufface dès que le ressort atteint ladite valeur prédéterminée de détente ou d'affaissement. Dans le cas d'un ressort à boudin hé -licoTdal,- par exemple un ressort à boudin travaillant à la compression, cette valeur sera représentée par une longueur prédéterminée. Be même interrupteur peut aussi commander le fonctionnement d'une soupape, par l'intermédiaire d'un circuit électrique associé, pour délivrer un liquide de refroidissement qui trempe le ressort à la fin du chauffage. En général, la température à laquelle le ressort est chauffé au cours du traitement n'a pas une importance décisive, pourvu qu'elle soit supérieure à la température de travail du ressort lors de son service ultérieur et qu'elle soit inférieure à une température qui provoquerait des modifications permanentes nuisibles des caractéristiques physiques de la matière dont est fait le ressort. S'agissant d'un ressort à boudin hélicoïdal travaillant à la compression et destiné à être utilisé comme ressort de soupape dans un moteur à combustion interne, cette température peut se situer par exemple dans la gamme comprise entre 100 et 4000C. Or dinairement, on choisira à la fois le courant de chauffage, qui détermine la température, et la charge prédéterminée qui est appliquée, en se basant sur la fixation d'un facteur temps approprié pour l'exécution du procédé de traitement. En particulier dans le cas de ressorts à boudin hélicoi- daux travaillant à la compression, le procédé de traitement peut être encore développé de façon avantageuse par l'introduction d'une phase supplémentaire, exécutée en tant qu'opération préliminaire et consistant à soumettre temporairement le ressort à une compression complète à la température ambiante en lui appliquant momentanément une charge de pré-contrainte sans chauffage.En général, la charge de pré-contrainte sera plus grandie que la charge prédéterminée à laquelle le ressort est soumis lors du traitement de chauffa- ge ultérieur et elle a pour conséquence que le ressort acquiert un certain degré de déformation permanente initiale qui peut être bénéfique en réduisant le temps pendant lequel le traitement de chauffage ultérieur doit être appliqué. De façon générale, l'appareil ou équipement pour l'exécution du procédé de traitement comprendra des moyens pour supporter le ressort à traiter de sorte que ses caractéristiques dimension nelles puissent varier librement, des moyens pour appliquer une charge prédéterminée au ressort tandis qu'il est ainsi supporté, des moyens pour chauffer le ressort tandis qu'il est sous la charge, et des moyens interrupteurs de fin. de course, aptes à intervenir automatiquement pour interrompre le chauffage du ressort lorsque les caractéristiques dimensionnelles de celui-ci ont changé sous l'influence de la charge et du chauffage et ont atteint une limite qui peut etre mise en relation avec une valeur prédéterminée de détente ou d'affaissement. L'invention convient particulièrement bien pour le traitement de ressorts à boudin hélicoïdaux, notamment de ressorts à boudin hélicoïdaux travaillant à la compression et les dessins ciannexés illustrent, de façon quelque peu schématique, l'une des formes de réalisation possibles d'un appareil ou équipement selon l'invention pour le traitement de ressorts à boudin hélicoïdaux travaillant à la compression, qui peuvent être du genre utilisé comme ressorts de soupape dans des moteurs à combustion interne. La figure t est une vue en élévation. La figure 2 est une vue en plan. D'après ce qui est représenté sur les dessins, l'appareil comprend un socle fixe ou plaque d'assise 10, offrant une surface de support horizontale il au-dessus de laquelle est placée une tête de manoeuvre 12 qui contient un piston plongeur 14 mobile en direction verticale, susceptible d'être chargé avec un ou plusieurs poids 15 et de reposer sur l'extrémité supérieure d'un ressort 16 qui est placé debout sur la surface de support 11 au-dessous de ce piston. La tête 12 est montée sur une plaque de bâti supérieure 18 supportée par des colonnes 19 et elle contient un bloc de montage 20 percé d'un trou alésé vertical- 21 qui sert de guide dans lequel coulisse le piston plongeur 14, ainsi qu'un dispositif de commande pneumatique 22 pour soulever le piston plongeur avant et après chaque cycle d'opérations du traitement. Ce dispositif de commande pneumatique 22 comprend un cylindre pneumatique 24 disposé verticalement, dont la tête de piston 25 travaille dans la cavité cylindrique 26-d'un carter 27 qui est fixé rigidement à l'extrémité supérieure du piston plongeur 14. Sur la tête de piston 25 sont fixées, à distance les unes des autres, trois tiges cylindriques 30 qui traversent des trous percés dans la plaque d'extrémité inférieure 29 du carter 27 et font saillie vers le bas pour constituer des jambes destinées à prendre contact avec la surface supérieure du bloc de montage 20. lorsque la tête de piston 25 se trouve vers l'extrémité inférieure de la cavité 26, les tiges 50 font complètement saillie à travers la plaque d'extrémité inférieure 29, d'où il résulte que le carter 27 et, par suite, le piston plongeur 14 sont en position d'élévation maximale (indiquée en traits pleins sur la figure 1).Lorsque le cylindre pneumatique 24 est actionné pour déplacer la tête de piston vers l'extrémité supérieure de la cavité 26, les tiges 70 rentrent par rapport au carter 27 qui se déplace alors verticalement vers le bas,avec le piston plongeur 14. Des connexions électriques 32, 33, issues d'une alimentation à basse tension et à forte intensité (par exemple de l'ordre de I à 6 V, ctest-v-dire une tension suffisamment basse pour éviter la formation d'étincelles sous plusieurs centaines d'ampères) sont prévues respectivement vers une plaque de contact en cuivre 34 insérée dans la surface de support 11 et vers une plaque de contact en cuivre isolé 35, encastrée à l'extrémité inférieure du piston plongeur 14, de façon à établir un bon contact électrique avec les extrémités opposées du ressort à boudin 16 et à permettre le passage du courant électrique de chauffage pendant l'opération.Un interrupteur de fin de course est également- prévu de manière à intervenir lorsque le piston plongeur a atteint', dans son mouvement descendant, un niveau prédéterminé au-dessus de la surface de support pilet à ouvrir ainsi le circuit d'alimentation du courant de chauffage. Cet interrupteur de fin de course est représenté schématiquement sur la figure 1 sous la folmed'un micro-interrupteur 38 qui est disposé sur le bloc de montage 20 de manière à être action- né par un doigt saillant 39 fixé sur le carter 27, mais il pourrait s'agir d'un interrupteur de proximité.Une monture réglable (non représentée) permet de placer l'interrupteur de fin de course de sorte qu'il intervienne au niveau requis de descente du piston plongeur 14 et le circuit électrique associé (non représenté) est conçu de sorte que l'interrupteur de fin de course provoque aussi, en même temps que l'ouverture du circuit d'alimentation du courant de chauffage, la fermeture d un autre circuit qui ouvre une soupape par laquelle un fluide de refroidissement, par exemple de l'eau additionnée d'un inhibiteur de corrosion, est délivré à un orifice 40 de sortie du fluide, prévu dans le socle ou plaque d'assise 10 au-dessous du ressort 16. Delasorte, le ressort 16 est refroidi rapidement ou trempé à la fin de la phase de chauffage, tandis qu'il est toujours sous la charge. L'appareil représenté comporte aussi des moyens permettant d'appliquer une charge de pré-contrainte à chaque ressort à l'état froid, à titre d'opération préliminaire. Ces moyens comprennent un cylindre pneumatique 45 disposé verticalement, également monté sur la plaque de bâti supérieure 16 à distance de la tete 12. Chaque ressort à traiter est d'abord placé sur- la surface de support 11 au-dessous du piston 46 du cylindre pneumatique 45 qui est actionné de sorte que le piston descende et exerce une charge de compression suffisante pour comprimer de manière pratiquement complète le ressort dans cet état. Puis le piston 46 est soulevé et le ressort pré-traité est transféré au-dessous de la tête 20 pour y subir le traitement thermique déjà décrit. Pour traiter un lot de ressorts et les faire passer successivement par les postes de traitement, l'appareil ou équipement est muni d'un transporteur approprié ou d'un dispositif d'avance automatique. Dans la forme de réalisation choisie à titre dtillustration, le transporteur ou dispositif d'avance comprend un chariot 50 qui est monté à glissement sur une paire de tiges de guidage 51, 51 fixées au-dessus du socle ou plaque d'assise 10 et qui porte trois doigts d'entrainement 53, montés à pivotement et reliés entre eux par une tige d'accouplément 54.Dans leur position active d'avance, les doigts d'entrainement 53 s'étendent perpendiculairement à la direction de mouvement du chariot, selon ce qui est représenté en traits pleins sur la figure 2, et ils sont maintenus dans cette position par un cliquet de retenue à friction, par exemple un cliquet à bille sollicité par un ressort. Toutefois, sous l'effet d'une pression, ces doigts d'entrainement 53 peuvent pivoter dans la position inactive représentée en traits discontinus sur la figure 2. Be mouvement du chariot 50 est commandé par un cylindre pneumatique dtavance 55. les ressorts à traiter parviennent par une goulotte 57 dans un poste de distribution X situé, sur la surface 11 du socle ou plaque d'assise 10, dans l'alignement du poste Y de "compression à froid!! sous-jacent au cylindre pneumatique 45 et dans l'alignement du poste Z de "compression à chaud" situé audessous de la tête 12, la distance entre ces postes X, Y et Z étant égale et correspondant à l'intervalle entreSes doigts d'entraine- ment 53. A partir du c8té droit en considérant les figures, lors de la première course active du cylindre pneumatique d'avance 55, un ressort qui se trouve dans le poste de distribution X est saisi par le doigt d'entrainement 53 de droite et est transféré dans le poste Y; à ce moment, le doigt d'entraînement 53 de gauche atteint une came fixe 60 et, en conséquence, tous les doigts d'entrainement pivotent dans leur position inactive au moment où la course d'avance est achevée. Le cylindre pneumatique d'avance effectue alors une course de retour, à la. fin de laquelle le doigt d'entraînement 53 de droite entre en contact avec une came fixe 61 située à l'extrémité droite, d'où il résulte que tous les doigts d'entrainement 53 sont ramenés dans leur position active d'entrat- nément.L'opération préliminaire de "compression à froid" est alors effectuée et le cylindre pneumatique d'avance effectue sa course suivante d'avance, par laquelle le ressort pré-traité dans le posté Y est transféré dans le poste Z par le doigt d'entraînement 53 du milieu, tandis que le doigt d'entraïnement 53 de droite fait passer un autre ressort du poste de distribution X dans le poste Y. A la suite de la course de retour consécutive du cylindre pneumatique d'avance et de la remise en position active des doigts d'en trainement, le premier ressort est soumis à l'opération de "compression à chaud" dans le poste Z et, en même temps, l'opération préliminaire de 1,compression à froid" est effectuée sur le deuxième ressort dans le-poste Y. lorsque ces opérations sont achevées, lors de la course d'avance suivante du cylindre pneumatique d'avance 55, le doigt d'entraînement de gauche saisit le ressort traité dans le poste Z et ltentraîne vers un poste de déchargement W, défini par une ouverture d'évacuation 70 dans le socle ou plaque d'assise 10, ce poste étant atteint juste avant la fin de la course d'avance, et chacun des ressorts suivants progresse d'un poste. Après quoi, les cycles d'opérations peuvent se poursuivre à répétition, trois ressorts étant déplacés pas à pas entre les postes successifs à chaque course d'-avance, des soupapes de sécurité ou des interrupteurs appropriés (dont l'un est représenté en 68) et des moyens programmateurs étant prévus pour détecter chaque stade des cycles d'opérations et déclencher le stade suivant. Si on le désire, plusieurs ensembles du genre ainsi dé crit peuvent être réunis en une unique machine qui comporte un Iias- te commun d'alimentation en ressorts et plusieurs têtes pour traiter en même temps plusieurs ressorts. Par ailleurs, il est bien entendu que de nombreuses variantes et modifications des détails de construction peuvent être introduites sans que l'on s'écarte pour autant du cadre de l'invention, tel que défini dans les revendications ci-annexées. - RBVENDICATIONS 1.- Procédé de traitement d'un ressort, en particulier d'un ressort à boudin hélicoidal travaillant à la compression, en vue d'améliorer ses performances ou sa fiabilité lorsqu'il est destiné à travailler à température élevée, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations successives consistant d'abord à mettre sous tension le ressort en lui appliquant une charge de grandeur prédéterminée, puis, tout en maintenant l'application de cette char ge, à chauffer suffisamment le ressort pour l'amener à commencer à se détendre ou s'affaisser, à maintenir le chauffage jusqu'à ce que la détente ou l'affaissement du ressort ait atteint une valeur prédéterminée, le chauffage étant alors interrompu automatiquement, et à supprimer finalement la charge lorsque le ressort s'est refroidi aux alentours de la température ambiante. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que des dispositions sont prises pour soumettre le ressort à l'action d'un fluide de refroidissement, tandis qu'il est toujours sous l'effet de la charge, immédiatement après l'interruption du chauffage. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en outre én ce que le chauffageesteffewtué ectnquemeJ par passage d'un courant intense à travers le ressort tandis qu'il est sous la chargé, un interrupteur étant agencé de manière à intervenir automatiquement pour couper le courant de chauffage dès que le ressort atteint une longueur prédéterminée qui représente ladite valeur prédéterminée de détente ou d'affaissement. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en outre en ce qu'immédiatement après la fin du chauffage, l'interrupteur provoque aussi, par l'intermédiaire d'un circuit électrique associé, l'actionnement d'une soupape d'alimentation en fluide de refroidissement, sous la forme d'un liquide de refroidissement, pour tremper le ressort tandis qu'il est encore soumis à ladite charge. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, appliqué à un ressort qui est destiné à être utilisé comme ressort de soupape dans un moteur à combustion interne, ca ractérisé en ce que la température à laquelle le ressort est chauffé au cours du traitement se situe dans la gamme comprise entre 100 et 4000C. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en outre en ce qu'il comprend l'opération supplémentaire, exécutée à titre d'opération préliminaire, consistant à soumettre temporairement le ressort à une compression pratiquement complète à la température ambiante en lui appliquant momentanément une charge de pré-contrainte sans chauffage. 7.- Appareil ou équipement pour l'exécution du procédé de traitement d'un ressort selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens 11 pour supporter le ressort 16 à traiter de sorteque-ses caractéristiques dimensionnelles puissent varier librement, des moyens 12 pour appliquer la charge de grandeur prédéterminée au ressort tandis qu' il est ainsi supporté, des moyens 32, 33 pour chauffer le ressort tandis qu'il est sous la charge, et des moyens interrupteurs de fin de course 38, 39, aptes à intervenir automatiquement pour interrompre le chauffage lorsque. les caractéristiques dimensionnelles du ressort chargé ont changé sous l'influence du chauffage et ont atteint -une limite qui est en relation avecune valeur prédéterminée de détente ou d'affaissement. 8.- Appareil ou équipement selon la revendication 7, destiné au traitement de ressorts à boudin allongés, caractérisé en ce qu'il comprend des organes animés d'un mouvement relatif qui sont en contact avec les extrémités opposées du ressort tandis que celui-ci change de longueur sous l'influence de la charge et du traitement de chauffage, l'un de ces organes mobiles étant un piston plongeur 14. 9.- Appareil ou équipement selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens interrupteurs de fin de course comprennent un interrupteur 38 qui réagit à la position du piston plongeur afin de détecter la longueur du ressort soumis au traitement. 10.- Appareil ou équipement selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le piston plongeur 14 est susceptible d'être chargé avec des poids 15 amovibles individuellement, avant l'application de la charge prédéterminée au ressort. 11.- Appareil ou équipement selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le piston plongeur mobile 14 fait partie d'une tête de manoeuvre 12 à laquelle sont associés des moyens pneumatiques ou hydrauliques 22 pour commander les mouvements ascendants et descendants du piston. 12.- Appareil- ou équipement selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens séparés 45 pour appliquer une charge de compression afin de comprimer de manière pratiquement complète et pré-contraindre chaque ressort en une opération préliminaire avant son traitement par la chaleur. 13.- Appareil ou équipement selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend également un transporteur ou un dispositif d'avance -automatique 50 pour traiter successivement plusieurs ressorts et les transférer entre des points ou postes de travail différents X, Y, Z de l'appareil ou équipement.