Brevet FR2403827A1 — publié le 19790420

t1 invention concerne généralement un outil rotatif de broyage par impact, tel par exemple qu'un marteau de broyeur ayant la forme d'un parallèlipipède rectangle. Ces marteaux sont des pièces mécaniques, travaillant par choc, afin d'assurer, à partir d'un produit tout venant, un produit ayant une granulométrie inférieure0 Ces marteaux sont généralement en acier laminés forgés ou moulés ayant une composition homogène dans la masse. Pour le broyage obtenu par choc violent d'un marteau ou encore par pression de m choires, on emploie l'acier à 14% de manganèse capable d'auto-durcissement par écrouissage. Lorsque ces notions de choc violent ne se rencontrent pas, l'acier à 14% de Mu pert son intérêt et on utilise des aciers durs, traites ou non. Ces marteaux stusent très rapidement et doivent être remplacés fréquemment. En effet, le choix du matériau constituant les marteaux résulte d'un compromis entre divers critère contradictoires, qui conditionnent l'exploitation d'un broyeur marteaux. Parmi les principaux critères, on peut citer - le matériau doit avoir une résistance à la rupture élevée, pour éviter la mise hors service brutale du marteau. - le tonnage traité (correspondant au tonnage total de la matière broyée issu de l'appareil jusqu'à la mise hors service du marteau) doit être aussi-é-learé que possible. - le rendement horaire (rapport du tonnage traité sur le temps en heures de service du marteau) doit être aussi élevé et constant que possible. - le rendement-pondéral (rapport de tonnage de matières entre l'entrée et la sortie du broyeur) doit être également aussi élevé que possible. Le tonnage de matières à la sortie du broyeur peut être inférieur au tonnage de matières à l'entrée, en raison des pertes provoques par une dessication due à l'échauffement des matières lors du broyage. Pour satisfaire le premier critère, on a tendance à utiliser un matériau tendance, présentant donc en principe une moindre résistance à l'abrasion0 Au contraire, les trois autres critères imposent le choix d'un matériau ayant une très haute résistance à l'abrasion. Le compromis nécessaire se traduit, en fonction du matériau à broyer, des conditions d'emploi du broyeur et des résultats recherchés, par le choix d'un matériau à la fois tenace et résistant à l'abrasion dans lequel seront réalisés les marteaux. Lorsque lson étudie l'évolution de l'usure d'un marteau classique en service, on constate, en écartant le cas de la rupture, une érosion po progressive par usure de la face de travail, qui a tendance à astre profilée en lame de couteau comme représenté -dans la figure 2 des dessins annexés. Cette tendance est générale quelque soit le niveau de tenue à l'abrasion du matériau utilisé, mais elle est encore plus accentuée lorsque la résistance à l'abrasion du matériau est homogène. De plus, cette tendance s'accentue très vite, dès son apparition. Un marteau dont la face de travail présente un tel profil en lame de couteau, voit son rendement horaire diminué de façon importante, ce qui se traduit par une diminution du tonnage traité.De plus, le rendement pondéral diminue également, en raison du frottement plus grand des matières sur le marteau, et donc d'un échauffement plus important. La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes rencontrés lors de l'utilisation des marteaux de broyeur d'un type connu. L'invention a donc essentiellement pour objet un outil rotatif de broyage par impact tel qu'un marteau du type précité, ayant un rendement horaire sensiblement constant et supérieur à celui des marteaux connus. L'invention a encore pour objet un outil du type précité, tel qu'un marteau de broyeur, permettant l'obtention d'un plus grand rapport pondéral et d'un plus grand tonnage traité qu'avec les marteaux connus antérieurement. Enfin, l'invention a également pour objet un outil de broyage du type précité, présentant un moindre risque de rupture que les marteaux antérieurement connus. Pour cela, 11 invention propose un outil rotatif de broyage par ipicX tel par exemple qu'un marteau de broyeur ayant la forme d'un parallèlipipède rectangle, caractérisé en ce qu'il est formé dtau moins trois couches juxtaposées de matériaux différents, comprenant au moins une couche centrale et au moins deux couches extérieures, les résistances à l'abrasion des matériaux utilisés pour les diverses couches augmentant depuis la couche centrale vers les couchesextérieures. Cette caractéristique principale de l'invention permet de combattre la tendance de la face de travail d'un marteau de broyeur, à s'user en lame de couteau, de telle sorte que le profil d'usure de la face de travail d'un marteau selon l'invention sera concave, et non pas convexe comme dans l'art antérieur. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparai- tront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement en perspective un marteau de broyeur, du type auquel l'inven- tion est applicable; - la figure 2 représente schématiquement le profil initial de la face de travail d'un marteau de l'art antérieur, et son profil en lame de couteau après usure; - la figure 3 est un graphe représentant schématiquement la relation entre la vitesse d'abrasion et l'angle d'attaque des matériaux à broyer sur la face de travail d'un marteau; et - la figure 4 est une vue semblable à la figure 2, mais concerne un marteau réalisé selon l'invention. Pour mieux-faire comprendre l'invention, on a représenté schématiquement en figure I un marteau de broyeur, et son principe d'utilisation. Ce marteau 1 est constitué d'un parallèlipipède rectangle, généralement en acier dur, comprenant au voisinage de ses extrémités deux trous traver santsparallèles2 et 3 respectivement, par lesquels il peut être monté rotatif sur un arbre 4 qui est lui-meme entraîné en rotation autour d'un axe 5. Les matières à traiter sont introduites dans le broyeur, et sont broyées par impactavec les marteaux 10 En général, pour augmenter la durée d'utilisation d'un marteau, on le monte de quatre façons différentes sur l'arbre 4 : tout d'abord, dans la position représentée en figure 1, c'est-à-dire que l'arbre 4 traverse le trou 3 et que le sommet de la face 6 du marteau est orientée vers les produits à broyer; puis à l'envers, l'arbre 4 traversant le trou 3, mais le sommet de la face opposée 7 du marteau étant tournée vers les produits à broyer; puis en le retournant, c'est-à-dire avec l'arbre 4 monté dans le trou 2, et en utilisant successivement les deux autres sommets des faces 6 et 7 comme faces de travail. En figure 2, on a représenté un tel marteau connu de l'art antérieur, réalisé généralement en un acier dont la composition est homogène dans la masse. Le contour en trait plein du marteau 1 représente l'état de ce marteau avant utilisation, tandis que le trait 10ben pointillé représente le profil de la face de travail 6 du marteau, après usure, la référence 11 désignant les matières à broyer, et les flèches 12 indiquant l'angle d'attaque de ces matières sur la face de travail 6 du marteau 1. En considérant la figure 2 il est aisé de comprendre que l'efficacité de broyage, liée à la surface d'impact 6 du marteau, est normale au début, puis tend à s'annuler avec le profil 1Qb représenté en pointillé. Ce profilage convexe 1Ob peut s'expliquer par les connaissances aquises sur les phénomènes d'abrasion, qui ont mis en évidence l'influence de l'angle d'attaque sur la vitesse dtabrasion, selon le graphe représenté en figure 3. Il est connu, comme le montre la courbe de la figure 3, que la vitesse d'abrasion est faible pour une incidence de 00, atteint un maximum pour une incidence d'environ 450, et revient vers une valeur faible à 900. Dès le début de l'utilisation d'un marteau, les angles, qui sont les parties les plus sollicitées et également les plus fragiles, s'usent plus vite et prennent une pente d'affûtage comme indiqué en 10a, de telle sorte que l'angle d'attaque, qui sur la face de travail 6 était au début de 900, diminue rapidement jusqu'à une valeur voisine de 450, ce qui -localise et accentue l'abrasrion, pour donner finalement le profil lOb représenté en pointillés. Il est facile de comprendre que, avec un tel profil d'attaque , le frottement des matières sur le marteau augmente, d'où un échauffement plus grand des matières et une diminution du rendement pondéral défini plus haut. Pour éviter un tel profilage en lame de couteau de la face de travail d'un marteau de broyeur, l'invention a prévu de créer des conditions telles que l'accélération de l'usure conduise à un profilage inverse, c'est-à-dire concave, de la face d'impact. Pour cela, l'idée de base de l'invention est d'utiliser, non pas un matériau unique présentant une résistance à l'abrasion homogène, mais un matériau composite formé de couches juxtaposées de matériaux différents présentant des résistances à l'abrasion différentes, ces couches étant associées de manière telle quelles s'opposent mécaniquement à l'obtention de plans présentant l'incidence la plus défavorable dans le sens du profil convexe. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté schématiquement en figure 4, dans laquelle on voit que le marteau 15 selon 11 invention est constitué de trois couches juxtaposées de matériaux différents, à savoir une couche centrale 16 et deux couches extérieures 17, la couche centrale 16 étant en un matériau présentant une moindre résistance à l'abrasion que le matériau des couches extérieures17. Dans un tel matériau composite, le nombre, l'épais- seur et la composition de diverses couches seront choisis en fonction des conditions de service0 Dans l'exemple représenté, les couches 16 et 17 sont d'épaisseurs égales et constantes, la couche 16 étant par exemple en un acier doux à 0,10% de carbone et 0,7% de manganèse, tandis que les couches extérieures 17 sont en acier trempé, à 0,7% de carbone et 0,2% de chrome. La partie centrale de la face de travail 18 du matériau, sollicitée par les impacts des matières 12 à broyer, s'usera prioritairement en se creusant comme indiqué en 19a.Le creusement central va créer par usure un plan d'écoulement à 450 0 des matières broyées favorisant une forme concave de profilage représentée par la ligne en trait pointillé 19b, au contraire de la forme convexe 10b constatée sur un marteau connue Il est également connu qu'une dépression sur une surface plane soumise à ltabrasion, accélère l'usure en cet endroit, La nature des couches différentes et leurs épaisseurs jouent un rôle spécifique qui ne peut être obtenu par les solutions classiques de traitement de surface déjà utilisées, et ceci pour deux raisons - les profondeurs obtenues par traitement thermique, ayant pour objectif une meilleure tenue à l'abrasion, sont relativement trop faibles pour jouer un rôle efficace - c'est dès le début de la mise en service que le phénomène d'abrasion en lame de couteau s'amorce. Dans le cas d'une surface traitée superficiellement, la dureté est généralement homogène et la fragilité des angles (effet de coin) contribue à former des plans incidents favorables à l'accélération de l'abrasion en forme convexe; lorsque ces plans sont formés, le phénomène s'accélère et devient irréversible. Contrairement aux traitements classiques d'enrichissement en C-N etc, l'invention permet de disposer de couches de compositions chimiques adaptées aux conditions de service. Dans ces conditions les critères énumérés dans le préambule sont satisfaits - le rendement horaire moyen est stabilisé par la forme concave obtenue en service par usure, - dans ces conditions, le tonnage total traité sera augmenté, par un temps de service plus long de l'outil0 - pour ces deux raisons, la diminution des conditions de frottement des matières broyées limite l'échauffement de ces matières, d'où une augmentation du rendement pondéral. l'alternance dans le marteau de couches moins résistantes à abrasion (plus ductiles) avec d'autres ayant résistance à l'abrasion plus élevée, et le fait de lutter contre effet d'abrasion par l'obtention d'un profil favorable (sans chercher à retarder l'affûtage en lame de couteau par une résistance maximale à l'abrasion), rendent possible une moindre fragilité du marteau, d'où un risque moindre de rupture0 De plus, le bilan(interessant l'utilisateur) poids de marteau consommé par tonne produite est remarquablement amélio rég Des essais ont été effectués avec des marteaux de l'art antérieur et des marteaux de forme identique réalisés comme représenté en figure 4, et ont donné les résultats suivants $ g U qd as v N S Marteau selon rl o 1500 d d 13 &commat; M 0 5k Od + + cd ffi a; e tn 4 1 Marteau tou- Gain : 2 % jours en ser- sur tonnage vice traité 4 S O O ç A a) S o o S O h0 o U tt &commat; r O Q S tS St B O O > tt O d Ft U 1s g n &commat; tn { { g: Z H o rQ D a S Mb tt tD k eQ &commat; &commat; &commat; &commat; u) $ t h rl Q ffi W: &num; ~ On remarquera encore que le matériau composite selon l'invention, comprenant plusieurs couches juxtaposées de matériaux différents, peut être fabriqué par tout trou cédé métallurgique connu approprié, par exemple par assemblage, par coulée, ou par tout autre moyen connu.De même, le nombre de couches différentes utilisées, qui sont juxtaposées parallèlement au plan de rotation du marteau, peut varier d'un cas à l'autre : dans l'exemple représenté en figure 4, le marteau comprend une couche centrale et deux couches- extérieures, mais il pourrait également comprendre deux couches centrales et deux couches extérieures, ou bien une couche centrale, deux couches intermédiaires placées de part et d'autre, et deux couches extérieures, les couches intermédiaires étant réalisées en un matériau identique, présentant une résistance à l'abrasion plus élevée que le matériau de la couche centrale, et les deux couches extérieures étant réalisées en un matériau présentant une résistance à l-'abrasion plus élevée que le matériau des deux couches intermédiaires, etc. De mime, ces marteaux selon l'invention peuvent autre réalisés en matériaux de toute nature appropriée ( des aciers, d'autres métaux, ou d'autres matériaux appropriés). L'invention n'est donc nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui nta été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend donc tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent REVENDICATIONS 1. Outil rotatif de broyage par impact tel par exemple qu'un marteau de broyeur ayant la forme d'un parallélipipède rectangle, caractérisé en ce qu'il est formé d'au moins trois couches juxtaposées de matériaux différents comprenant au moins une couche centrale et au moins deux couches extérieures, les résistances à-l'abrasion des matériaux utilisés pour les diverses couches augmentant depuis la couche centrale vers les couches extérieures. 2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches extérieures deux à deux correspondantes sont formées du mame matériau. 3. Outil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau de la couche centrale est plus ductile que le matériau des deux couches extérieures. 4. Outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les diverses couches juxtaposées formant l'outil s'étendent parallèlement au plan de rotation de l'outil. 5. Outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites couches sont d"épais- seurs égales. 6. Outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites couches sont d'épaisseur constante. 7. Outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en-ce que ladite couche centrale est en acier doux, tandis que les couches extérieures sont en acier par exemple trempé.