Brevet FR2419329A1 — publié le 19791005

La présente invention concerne un dispositif de trempe pour des cylindres et plus particulièrement un dispositif de chauffage par induction et de trempe pour des cylindres de travail utilisés dans un processus de laminage à froid. Du fait qu'un cylindre de travail pour laminage à froid est réutilisé de façon répétée après rectification de sa surface chaque fois qu'elle devient rugueuse à la suite d'une utilisation continue, il est souhaitable que la couche durcie de surface soit épaisse. Du fait que, plus ltépaisseur de la couche durcie de surface, c'est-à-dire la profondeur de la couche durcie, est importante, plus la durée de vie du cylindre de travail est longue, la profondeur de cette couche durcie de surface est considérée comme l'une des caractérIstiques importantes pour un cylindre de travail utilisé dans un processus de laminage à froid. La dureté de surface d'un tel cylindre est couramment supérieure à 90 shore.Afin d'obtenir une couche de surface ayant une telle dureté, il est nécessaire que la couche de surface de l'acier allié à forte teneur en carbone dont est formé le cylindre ait une structure martensitique. En conséquence, augmenter la profondeur de durcissement de la couche de surface d'un cylindre de travail signifie augmenter l'épaisseur de la couche martensitique. On sait déjà que, pour augmenter la profondeur de la couche durcie, on peut augmenter l'épaisseur de la couche chauffée à tremper, ou intensifier la pulvérisation d'eau de refroidissement pour la trempe, ou raccourcir la durée entre la fin du chauffage et le début de la pulvérisation d'eau de refroidissement, etc. Il y a deux types de procédés pour chauffer par induction et tremper un cylindre de travail utilisé dans un processus de laminage à froid. Dans le premier procédé, on chauffe progressivement la couche de surface du corps d'un cylindre de travail disposé verticalement par régions annulaires dans un four de chauffage par induction haute fréquence ou basse fréquence ou à fréquences combinées, tandis que simultanément on trempe progressivement l'une après l'autre les régions annulaires chauffées du corps du cylindre par une pulvérisation d'eau (ce procédé est appelé ci-après "procédé progressif"). Dons l'autre procédé, après que la surface du corps d'un cylindre de travail maintenu vertical a été chauffée en une seule fois dans son ensemble dans un four de chauffage à induction baise fréquence ou haute fréquence, la surface est trempée en une seule fois par une pulvérisation d'eau (ce procédé est appelé ci-après "procédé one-Shot Le procédé progressif présente des avantages, par exemple facilité de manoeuvre, facilité de mise en oeuvre, main d'oeuvre moins importante du fait qu'on effectue simultanément le chauffage et la trempe, c'est-à-dire la fin du refroidissement suivant la fin du chauffage.Cependant, dans ce procédé progressif, on ne dispose habituellement que de 3 à 5 minutes comme durée de maintien du chauffage pour la trempe des régions annulaires de la surface du corps du cylindre de travail, d'oui il résulte que la couche de surface chauffée qui a atteint la température nécessaire pour la trempe est mince, et il en résulte l'inconvénient que la profondeur de la surface durcie après trempe est faible. bu contraire, le procédé "one-shotn est un excellent procédé de chauffage en ce sens que, du fait que le chauffage et La trempe s'effectuent séparément dans le temps, on peut choisir à volonté la vitesse de chauffage et la durée du maintien du chauffage poula trempe ; en conséquence, il est facile de régler l'épaisseur de la couche de surface chauffée qui a atteint la température de trempe, de sorte que la couche de surface chauffée est beaucoup plus épaisse que celle obtenue dans le procédé progressif, ce qui permet d'obtenir une profondeur durcie plus importante.Cependant, afin d'obtenir une dureté de surface uniforme dans le corps d'un cylindre de travail utilisé dans un processus de laminage à froid, il est nécessaire de chauffer uniformément la couche de surface mais, dans le procédé global, pour obtenir cette uniformité de chauffage, il est nécessaire de faire tourner le cylindre pendant le chauffage et en meme temps de déplacer vers le haut et vers le bas, soit le dispositif de chauffage par induction, soit le cylindre de travail. Bn outre, lorsque le cylindre a un alésage central, il est nécessaire de refroidir à l'eau également la paroi interne de l'alésage central lorsqu'on trempe par pulvérisation la couche de surface du cylindre, afin de conserver une contrainte résiduelle dans la paroi interne de 1' alésage central ; ceci impose d'installer à des endroits séparés le dispositif de chauffage par induction et le dispositif de trempe par pulvérisation d'eau. En conséquence, l'opération de trempe implique des opérations qui nécessitent de l'habileté, telles que lever le cylindre de travail du dispositif de chauffage à induction, le transférer audessus d'une cuve de trempe, l'abaisser dans cette cave, introduire un tube de pulvérisation d'eau dans l'alésage central pendant qu'on abaisse le cylindre dans la cuve, déclencher la pulvérisation d'eau, etc. Même des ouvriers spécialisés mettent habituellement plus d'une minute et vingt secondes pour réaliser les opérations allant de la fin du chauffage jusqu'au début de la trempe. D'autre part, afin de donner une structure martensitique à l'acier au chrome molybdène à forte teneur en carbone généralement utilisé pour un cylindre de travail utilisé dans un processus de laminage à froid, on doit respecter une vitesse de refroidissement d'environ 600C/minute, et le cylindre doit etre refroidi en dessous de la plage des températures de précipitation de la bainite (environ 4000C), en 7 à 8 minutes après la fin du chauffage. En conséquence, il est clair que la durée s'écoulant depuis la fin du chauffage Jusqu'au début de la trempe est la période de temps qui détermine la profondeur durcie.Dans le procédé "one-shot", il arrive souvent que la pulvérisation d'eau doive etre arrêtée lorsque l'opération depuis la fin du chauffage jusqu'au début de la trempe prend trop de temps ; on ne peut alors obtenir qu'un cylindre de travail ayant une profondeur de trempe trop faible, ce qui réduit la qualité. La présente invention vise à procurer un dispositif de chauffage par induction et de trempe pour un cylindre de travail utilisé dans un processus de laminage à froid dans lequel, pour développer les avantages du procédé "one-shot" qui est un excellent processus de chauffage par induction et de trempe pour un tel cylindre de travail, on élimine les inconvénients précités de l'opé- ration de trempe dans le procédé "one-shot", et on peut effectuer de façon fiable une opération de chauffe et de trempe facile et rapide. La présente invention vise également à procurer un dispositif de chauffage par induction et de trempe pour un cylindre de travail utilisé dans un processus de laminage à froid, qui combine les avantages du procédé "one-shot" en tant que procédé de chaux- fage par induction et la facilité de trempe et la facilité de manipulation du procédé progressif. La présente invention vise aussi à procurer un dispositif de chauffage par induction et de trempe pour un cylindre de travail utilisé dans un processus de laminage à froid, permettant d'obtenir une couche de surface durcie et profonde. En conséquence, la présente invention propose un dispositif de chauffage par induction et de trempe pour un cylindre de travail utilisé dans un processus de laminage à froid, dans lequel on dispose, en dessous d'un four de chauffage par induction agencé pour chauffer par induction en une seule fois le corps du cylindre de travail disposé verticalement, un dispositif de trempe, constitué par exemple par des tubes de pulvérisation dteau, pour refroidir rapidement le cylindre chauffé et en outre on dispose en dessous du four de chauffage un dispositif de rotation et de levage pour faire tourner le cylindre pendant le chauffage ou le refroidissement et pour déplacer rapidement verticalement le cylindre depuis le four de chauffage jusqu'au dispositif de trempe. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin Joint, sur lequel: - la fig. i montre schématiquement le principe du dispositif selon la présente invention, et - la fig. 2 est une vue en coupe longitudinale d'une forme de réalisation de la présente invention représentée schématiquement. On se reportera maintenant à la figure 1 du dessin, qui représente schématiquement le principe du dispositif selon la présente invention. Comme on le voit, un four de chauffage par induction 1, de tout type classique connu, est disposé verticalement pour chauffer par induction en une seule fois un cylindre de travail 3 utilisé dans un processus de laminage à froid, et une cuve de trempe 2 est disposée directement en dessous du foflr 1. Un dispositif de rotation 4 est disposé entre le four i et la cuve 2 et est agencé pour supporter par son extrémité inférieure le cylindre de travail 3 et pour Le faire tourner avec son axe aligné avec l'ese du four 1 ; le dispositif de rotation 4 est monté sur un poste de levage 5 qui est adapté pour lever ou abaisser le dispositif de rotation 4.Avec le dispositif ainsi représenté, il est possible de supporter le cylindre de travail 3 sur le dispositif 4 et le poste de levage 5, le corps du cylindre 3 disposé à l'intérieur du four pouvant entre tourné et déplacé vers le haut et vers le bas, en meme temps qu'il est chauffé par le four i, de sorte qu'on assure un chauffage uniforme du corps du cylindre 3 ; après la fin du chauffage, le corps du cylindre 3 est rapidement descendu dans la cuve de trempe 2 pour entre placé à l'intérieur d'une couronne de pulvérisation d'eau 6, préalablement disposée au centre à l'intérieur de la cuve 2, de façon à etre trempé rapidement de façon intense par l'eau de refroidissement pulvérisée par la couronne de pulvérisation 6. Dans ce cas, du fait que la cuve de trempe 2 est directement disposée en dessous du four de chauffage à induction 1 du procédé "ore-shott', on peut mécaniser l'opération de trempe et éliminer ainsi les sérieux inconvénients du procédé "one-shot" classique, tels que la nécessité de disposer d'une main-d'oeuvre spécialement nombreuse pour l'opération de trempe et la durée de cette opération. Contrairement à la disposition représentée sur la figure 1, si le dispositif e rotation 4 et le poste de levage 5 pour le cylindre de travai étaient -lispos au-dessus du four à induction 1 et que l'opération de trempe soit mécanisée, elle serait rendue plus compliquée du fait qu'un dispositif inférieur de centrage serait nécessaire pour aligner correctement l'axe du cylindre 3 avec celui du four 1 ; le diamètre maximal du cylindre 3 qu' il est possible de tremper serait limité par la nécessité de faire passer le dispositif de rotation à travers le four de chauffage par induction i en mtme temps que le cylindre de travail 3 ; le dispositif de rotation exigerait un dispositif pour supprimer la réaction de la rotation sur le dispositif de rotation lui-mtme, etc. Dans la présente invention, au contraire, le dispositif de rotation 4 et le poste de levage 5 pour le cylindre de travail 3 sont disposés en dessous du four de chauffage à induction 1 ou du cylindre de travail 3 pour le supporter seulement par sa partie inférieure, sans qu'il soit nécessaire de supporter le cylindre 3 par sa partie supérieure. On va maintenant expliquer en détail un exemple de la présente invention comportant le principe représenté sur la figure 1, en se reportant à la figure 2 qui montre de façon quelque peu schématique la forme de réalisation en coupe partielle. Comme on le voit sur la figure 2, un four de chauffage par induction 1 pour procédé "one-shot" connu, destiné à chauffer par induction un cylindre de travail 3 en une seule fois, et une cuve de trempe 2, sont disposés verticalement en alignement, une couronne de pulvérisation d'eau 6 d'une longueur suffisante pour refroidir rapidement le cylindre chauffé 3 en une seule fois étant disposée à l'intérieur de la cuve 2, de façon que son axe coïncide avec celui du four de chauffage 1.Le cylindre de travail 3 utilisé dans un processus de laminage à froid est adapté pour reposer sur un support de cylindre 7 raccordé à un dispositif de rotation 4 et pour être fixé sur ce support de cylindre 7 par un mandrin 8 monté sur lai de telle sorte que clame du four i et celui du cylindre 3 puissent titre réglés jusqu'à être alignés l'un avec l'autre. Un dispositif de rotation 4 est monté sur une plateforme de levage 5 agencée pour être déplacée vers le haut et vers le bas en étant guidée, par exemple par quatre colonnes 9, disposées verticalement à 11 intérieur de la cuve de trempe 2. la plateforme de levage 5 est entratnee par tout moyen approprié, par exemple, dans la réalisation représentée, par des chaises à galets 10 fixées à l'une de leurs extrémités suspendues à la plateforme de levage 5 ; un arbre d'entraînement horizontal 12 entrain les chaînes à galets 10, une fois que leur sens de déplacement est passé de la verticale à l'horizontale par le passage des chaînes sur des roues à chaîne Il disposées à l'extérieur de la cuve de trempe 2 et au-dessus de la plate-forme de levage 5 ; l'arbre d'entraînement 12 est entraîné par un moteur électrique (non représenté) et coopère avec les chaînes à galets 10 par l'intermédiaire de roues à chaîne nontées sur l'arbre. Dans ce cas, pour réduire la puissance du moteur, des poids d'équilibrage 13 sont fixés aux extrémités libres suspendues des chaînes à galets 10 après leur passage sur les roues à chaîne de l'arbre d'entr > t- nement 12.Les roues à chaîne Il et l'arbre d'entraînement 12 sont montés de façon appropriée sur un chassies supérieur 14 qui est fixé à l'extrémité supérieure de la cuve de trempe 2 ; par ailleurs les extrémités supérieures des colonnes 9 sont également fixées au chassie supérieur 14. On va maintenant expliquer en détail le fonctionnement du dispositif selon la présente invention. Un rouleau de travail 3 destiné à être utilisé dans un processus de laminage à froid, et devant être chauffé par induction et ensuite trempé, est d'abord amené dans une position située directement au-dessus d'un four de chauffage par induction 1 par une grue et par l'intermédiaire d'un dispositif de suspension 15 rendu solidaire de l'extrémité de la portion supérieure de l'arbre du cylindre 3.Dans ce cas, le poste de levage 5 est préalablement amené dans une position dans laquelle le mandrin 8 fixé sur le support de cylindre 7 occupe une position située juste au-dessus du châssis supérieur 14 (la position représentée sur la figure 2 par les traits pleins), et le cylindre 3 est abaissé dans une position dans laquelle la face terminale de la portion inférieure d'arbre est sur le point de venir en contact avec le support de cylindre 7, le mandrin 8 étant ensuite fixé sans & re serré nour empêcher cette portion inférieure d'arbre de basculer ; le cylindre 3 est ensuite abaissé complètement pour dtre supporté sur le support 7. Après fixation du cylindre 3 sur le support 7 par le blocage du mandrin 8, le dispositif de suspension 15 est libéré de la grue.Ensuite, le cylindre 3 est-amené en position à l'intérieur du four de chauffage par induction 1 en déplaçant la plate-forme de levage 5 avec le cylindre 3 par l'intermédiaire des chaînes à galets 10, etc., de la manière expliquée ci-dessus. Après la fin de cette opération préparatoire, le dispositif de rotation 4 commence à faire tourner le cylindre de travail 3 et simultanément le chauffage par induction du cylindre 3 commence à l'intérieur du four de chauffage 1, le cylindre 3 étant déplacé vers le haut et vers le bas sur une distance déterminée par le mouvement de la plate-forme de levage 5. Lorsque le chauffage uniforme du cylindre a permis d'atteindre la température de trempe prédéterminée, le cylindre 3 est rapidement abaissé par l'intermédiaire de la plate-forme de levage 5 jusqu'à une position à l'intérieur de la cuve de trempe 2 dans laquelle le corps du cylindre 3 se trouve entièrement à l'intérieur de la couronne de pulvérisation d'eau 6 (la position de la plate-forme de levage est représentée par les traits mixtes sur la figure 2, en 5'), la pulvérisation d'eau sous pression par l'intermédiaire de la couronne 6 pendant une durée prédéterminée permettant de commencer rapidement la trempe du cylindre. Pendant ce temps, on continue à faire tourner le cylindre 55 par l'intermédiaire du dispositif de rotation 4. Lorsque la trempe est terminée, la plate-forme de levage 5 est levée avec le cylindre 3 jusqu'd une position représentée par les lignes en traits pleins de la figure 2, le cylindre 3 est alors suspendu à la grue par l'intermédiaire du dispositif de suspension 15 monté sur l'extrémité de la portion d'arbre supérieure, on desserre le mandrin 8 et la grue soulève le cylindre 3 hors du four 1, ce qui termine l'opération de chauffage et de trempe du cylindre 3. Bien que, dans la réalisation décrite ci-dessus et repré sente sur le dessin, on ait ervisagé pour déplacer vers le haut et vers le bas le cylindre 5, un mécanisme comportant des chatnes à galets 10 et un arbre d'entratnement 12, on peut également utiliser un vérin hydraique, une vis à bille1 etc. in outre, afin de chauffer et tremper un cylindre de travail ayant un alésage central, la plate-forme de levage 5 peut entre conçue pour refouler une grande qu ultité d'eau de refroidissement dans l'alésage à refroidir, tandis que la surface extérieure du corps du cylindre 3 est trempée par pulvérisation d'eau par la couronne 6. Il est clair que le dispositif selon la présente invention permet de mécaniser les opérations dans le procédé de trempe "one-shot" permettant d'effectuer la trempe rapidement, facile- ment et de façon fiable. Par ailleurs, bien que dans le procédé "one-ghotn classique, on mette habituellement plus d'une minute et 20 secondes depuis la fin du chauffage Jusqu' au début de la trempe par pulvérisation d'eau, le dispositif selon la présente invention permet de réduire remarquablement la durée nécessaire au tiers de la valeur précitée Comme décrit ci-dessus, la réduction de la durée depuis la fin du chauffage jusqu'au début de la trempe par pulvérisation d'eau permet d'augmenter l'épaisseur de la couche martensitique dans la couche de surface du cylindre de travail utilisé en laminage à froid, ainsi que l'augmentation résultante de la profondeur durcie.Autrement dit, le dispositif de la présente invention permet d'obtenir un cylindre de travail de meilleure qualité que le cylindre de travail traité par ce procédé "one-shot" classique et la trempe peut s'effectuer plus facilement et la qualité du cylindre erre plus homogène lorsque l'opération de trempe est mécanisée, car la mécanisation élimine toute différence dans la qualité des cylindres entre ceux traités par des ouvriers spécialisés et les autres. En outre, la mécanisation de l'opération de trempe permet d'économiser une main-d'oeuvre considérable. Dans la trempe du procédé global conventionnel, trois ouvriers au moins étaient nécessaires, à savoir un conducteur de grue, un ouvrier signaleur et un aide. Le dispositif selon la présente invention peut être mis en oeuvre par un seul ouvrier, et il est mtme pas nécessaire qu'il soit spécialisé. in outre, du fait que le dispositif de rotation 4 et la plate-forme de levage 5 sont disposés en dessous du four de chauffage 1 et que le centrage du cylindre 3 à l'intérieur du four 1 est effectué par le réglage du maw R E V E N D i C A T i O N 1.- Dispositif de chauffage par induction et de trempe d1un cylindre de travail destiné à entre utilisé dans un processus de laminage à froid, caractérisé par le fait a-til comporte des moyens pour chauffer par induction le corps du cylindre de travail de façon globale en une seule fois, le dit corps étant disposé à la verticale, des moyens disposs el dessous de ces moyens de chauffage pour tremper le cylindre de travail après son chauffage, et des moyens pour faire tourner et lester le cylindre de travail disposés en dessous des moyens de chauffage et agencés pour faire tourner le cylindre de travail pendant qu'il est chauffé par ces moyens de chauffage ou pendant qu'il est refroidi par les moyens de trempe, ainsi que pour abaisser le cylindre de travail à l'intérieur des moyens de trempe après la fin du chauffage. 2.- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens de trempe comportent des couronnes de pulvérisation d'eau disposées à l'intérZeur d'une cuve disposée en dessous des moyens de chauffage par induction. 3.- Dispositif selon l'une des revendications i et 2, dans lequel les moyens de rotation et de levage comportent un support de cylindre pour supporter la portion d'arbre inférieure du cylindre de travail, un dispositif de rotation relié fonctionnellement au support de cylindre pour le faire tourner, une plate-forme de levage sur laquelle est monté le dispositif de rotation, et un dispositif de levage pour déplacer vers le haut et vers le bas cette plate-forme de levage par rapport aux moyens de trempe. 4.- Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le dispositif de levage comporte des chaises à galets raccordées à la plate-forme de levage, un arbre d1entraînement pour déplacer les chaînes à galets et un moteur pour entraîner l'arbre d'entratne- nent. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel le support de cylindre est équipé d'un mandrin pour fixer la portion d'arbre inférieure du cylindre de travail dans le but d'aligner l'axe du cylindre avec l'axe des moyens de chauffage par induction.