Brevet FR2522687A1 — publié le 19830909

L'invention a pour objet un procédé pour le durcissement d'une surface de pièce en gnte, de préférence la portée d'une came ou d'un suiveur à cames, par fusion de la surface à 1' arc électrique suivie de la trempe, dans lequel l'arc électrique est guidé le long d'un parcours croisant la ligne médiane de la surface de pièce que l'on veut faire fondre en des points décalés dans le sens de la ligne médiane, avec des points de changement de sens de marche à proximité des deux bords de la surface de la pièce. On connatt des machines possédant un porte-pièce pouvant être déplacé en translation et une commande pour entrainer le porte-pièce dans un mouvement oscillatoire, dans lesquelles le porte-pièce est commandé par un moteur par l'intermédiaire d'une commande à manivelle (voir par exemple brevet allemand 27 03 469, DE-OS 28 39 930 et modèle d'utilité allemand 77 02 409). Avec les machines de ce genre, on fait fondre et on trempe la surface des pièces sur des parcours de tracé sinueux le long de la surface. Pendant que la pièce tourne autour de son axe, la tache d'ignition de l'arc électrique qui provoque la fusion de la surface de la pièce se déplace en partant d'une position médiane d'un côté et de l'autre au rythme d'une oscillation approximativement harmonique. La vitesse de l'oscillation atteint son maximum dans la position médiane, c'est-à-dire au milieu de la pièce à faire fondre, et elle diminue en se rapprochant du bord.La superposition du mouvement de rotation de la pièce et du déplacement de la tache d'ignition a pour résultante une répartition approximativement sinusoidale de la vitesse, la vitesse obtenue au bord de la piste de soudage étant relativement faible. I1 en résulte directement que la profondeur de fusion est plus grande aux bords de la pièce qu'au milieu de celle-ci. C'est pourquoi, il y a risque que, lorsque la profondeur de fusion est suffisante au milieu de la pièce, les masses fondues le long des bords de la pièce ne provoquent des coulures s'échappant de la pièce. La perte de forme plus bu moins grande des pièces qui en résulte est un inconvénient. Cette perte de forme apparait de façon particulièrement désavantageuse lorsque, comme c'est en général le cas, les pièces sont rectifiées par meula ge après la trempe.Les différences de profondeur de fusion et de pénétration de trempe qui résultent des différences de vitesse de déplacement de la tache d'ignition se manifestent de façon marquée lorsque la couche de trempe est traversée. Il apparait ainsi nettement que les pénétrations de trempe sont différentes le long du parcours de fusion. C'est donc un but de l'invention de créer un procédé du type indiqué au début avec lequel les profondeurs de pénétration de trempe sont sensiblement uniformes le long de la totalité de la surface de la piece à tremper, en particulier transversalement par rapport à l'axe médian de la surface de la pièce. Ce résultat est obtenu par l'invention grâce au fait que, en tenant compte de l'intervalle entre parcours voisins, en particulier aux points de rebroussement, et en tenant compte de la répartition des masses d'une pièce dans la zone des traces, l'arc électrique est guidé de façon à ce que l'on obtienne une profondeur de fusion sensiblement identique sur la surface de pièce à faire fondre. Avec le procédé selon l'invention, il est tenu compte de la dissipation de chaleur et du tracé du parcours avec la vitesse de déplacement. C'est ainsi que, par exemple lorsqu'il s'agit d'une came, la partie de la surface qui se trouve au sommet de la came, qui est à la distance maximale de l'arbre à cames et pour laquelle par conséquent la dissipation de chaleur est relativement faible, est parcourue à une vitesse plus élevée que la partie de la surface qui est relativement proche de 1' arbre à cames et pour laquelle, par conséquent, la dissipation de chaleur est comparativement grande. Lorsque les traces parcourues sopt très proches l'une de l'autre, ce qui est le cas par exemple aux points de rebroussement, la surface est parcourue à une vitesse plus élevée. On peut déterminer facilement par des expériences dans quelle mesure il faut faire varier la vitesse de parcours.Les valeurs ainsi déterminées peuvent être ensuite utilisées pour une commande à programme telle que connue en soi, avec une machine à commande, par exemple celle qui est proposée dans le DE-OS 28 39 990 ou hien celle qui est décrite dans le brevet principal. Le procédé selon l'invention peut être mis en pratique de différentes façons. C'est ainsi qu'il est possible de réaliser sur la pièce un tracé de parcours de fusion en zigzag ou encore en méandres. Selon une variante de réalisation du tracé en zig-zag de la trace de fusion, l'un des segments de parcours allant d'un bord à l'autre bord est parcouru à une vitesse relativement faible, suffisante pour provoquer la fusion, tandis que l'autre segment revenant du second bord au premier est parcouru à une vitesse notablement plus grande de sorte qu'il n'y a pas d'entrée en fusion de la surface pendant cette course de retour.Alors que, dans le premier cas de parcours de fusion en zig-zag, les intervalles entre segments de trace voisins varient sur toute la largeur de la surface à mettre en fusion, cet intervalle entre parcours de fusion est constant dans le deuxième cas. Dans le troisième mode de réalisation qui est celui du tracé en méandres, il est nécessaire qu'aux points de rebroussement, la vitesse relative entre pièce et électrode soit suffisamment grande pour qu'il n'y ait pas de fusion excessive le long des bords. Par contre, le déplacement transversal nécessaire pour les parcours de fusion doit être effectué avec une vitesse relative suffisamment petite pour que le matériau entre en fusion. De préférence, on fait avancer la pièce par pas successifs par rapport au déplacement transversal de l'électrode. La variation de la vitesse suivant les différents emplacements de la surface à faire fondre peut être réalisée automatiquement de différentes façons. Dans une machine selon l'invention destinée à-la trempe de pièces en fonte qui est apte à la mise en oeuvre du procédé, il est prévu d'associer à un porte-pièce pouvant se déplacer par translation une commande pour en assurer le mouvement oscillatoire. Le porte-pièce est entraîné par moteur au moyen d'une commande à manivelle à vitesse de rotation variable cycliquement de telle sorte que la tache d'ignition de l'arc électrique est déplacée sur la pièce à une vitesse sensiblement constante et à une vitesse élevée aux points de changement de sens du déplacement et/ou en revenant en arrière sur la pièce. I1 existe différentes possibilités de réalisa tion d'une telle commande à fonctionnement irrégulier. Selon un premier mode de réalisation, l'entraînement de la manivelle s'effectue par l'intermédiaire de deux roues dentées ovales.Selon un autre mode de réalisation, l'entrainement de la manivelle s'effectue au moyen d'un moteur à régime commandable. Enfin, le mouvement relatif entre pièce et brûleur peut également être réalisé au moyen d'un porte-pièce à commande numérique par calculateur à avance en méandres, sensiblement constante, sur toute la largeur de la surface à faire fondre. Etant donné que, pour avoir une pénétration de trempe uniforme, il importe uniquement d'avoir un déplacement relatif constant entre pièce et électrode alors que, sur des tron çons de parcours déterminés où il ne doit pas y avoir de fusion, la vitesse de déplacement peut être aussi grande que l'on veut, il faut, pour éviter d'avoir des mécanismes d' entrainement inutilement grands, que soit entrainée celle des parties prenant part au mouvement relatif qui a la masse la plus petite. En règle générale, c'est l'électrode. Il est même possible dans ce sens de prévoir une déflexion électromagnétique. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé représentant partiellement une machine pour la trempe d'arbres à cames, dans lequel la figure 1 montre en élévation latérale une came à mettre en fusion la figure 2 montre en tant qu'élément constitutif essentiel d'une machine à tremper pour de telles cames un mécanisme de mouvement pour cette came la figure 3 montre un autre exemple de réalisation d' une partie du mécanisme de mouvement la figure 4 montre un autre exemple de réalisation d' une partie du mécanisme de mouvement A la figure 1, on a représenté en 1 l'axe d'un arbre à cames dont les cames 2 sont mues d'un mouvement de rotation autour de l'axe et d'un mouvement oscillatoire dans le sens de la flèche double.La tache d'ignition d'un brûleur à arc électrique fait fondre la surface de la came le long d'une trace ou d'un parcours, et le matériau est livré ensuite à un processus d'auto-trempe. Les arêtes de la portée de came sont laissées hors fusion. Pour le montage oscillatoire de l'un des côtés de 1' arbre à cames selon la figure 1, on utilise le dispositif selon la figure 2 qui montre une partie de la machine à tremper pour les cames de la figure 1. On a représenté une barresupport 20 qui se déplace par translation dans le sens de la cheville 21 sur ces chevilles 21 et reçoit sur les nez de positionnement 22 l'un des côtés des arbres à cames selon la figure 1. L'autre côté de l'arbre est monté dans des paliers correspondants et est pressé par la force de ressorts contre les nez de positionnement 22. La barre-support 0 est articulée par l'intermédiaire de tiges 23 et 24 à des triangles articulés 25 et 26. Les triangles articulés 25 et 26 sont couplés l'un à l'autre par une tige 27. Au triangle articulé 26 est articulée une bielle de manivelle 27a, de sorte que, par l'intermédiaire de cette bielle de manivelles 27a, on peut provoquer un mouvement de translation alternatif dans la tige 27 et un mouvement oscillatoire correspondant de la barre-support 20 dans le sens des tiges d'accouplement 23 et 24. La bielle de manivelle 27a est articulée avec possibilité de réglage à une roue de manivelle 28. En réglant la position du point d'articulation de la bielle le de manivelle 27a à la roue de manivelle 28, on peut régler la course d'oscillation de la barre-support 20. Pour entraîner la roue de manivelle 28 il est prévu deux roues dentées ovales 29 et 30 qui impriment à la roue de manivelle 28 une vitesse de rotation cycliquement variable qui a pour conséquence de réaliser un mouvement relatif de 1' électrode par rapport à la surface de la came sensiblement uniforme sur la largeur de la came, et une vitesse plus élevée aux points de rebroussement. La roue ovale 30 est entrainée par un moteur triphasé avec une transmission correspondante réglable mécaniquement. Les deux roues dentées ovales 29 et 30, qui engrènent en permanence l'une avec l'autre de façon que la somme des rayons des dents en prise réciproque soit toujours constante, impriment à la manivelle une vitesse de rotation variable cycliquement de sorte que la vitesse de la barre-support 20 oscillante soit sensiblement constante dans le sens de l'arbre à cames 1 et que l'accélération aux points de changement de direction du mouvement, c'est-à-dire aux bords de la came, soit relativement grande. C'est pourquoi la durée du temps d' arrêt effectué par la tache d'ignition quand elle arrive aux point de changement de direction du parcours de la came est relativement courte. Dans le dispositif représenté par la figure 3, le moteur 31 entraîne par l'intermédiaire d'une transmission 31A deux roues ovales d'engrenage 32 et 33, dont la roue menante 33 entraîne par l'intermédiaire d'un engrenage démultiplicateur 34, 35 une commande à manivelle 36, 37 et, par l'intermédiaire d'un accouplement 38, la barre-support 20 selon la figure 1. Enfin, les dispositifs décrits peuvent également être remplacés par une commande par moteur qui contient un moteur à courant continu à régime commandable ou un élément analogue. Le domaine d'utilisation de l'invention ne se limite pas au traitement d'arbres à cames. Avec le procédé selon 1' invention, on peut également tremper par exemple des culbuteurs qui ne sont paasymétrie de révolution. Sur ces culbuteurs qui coopèrent avec des arbres à cames, il s'agit de tremper des surfaces de forme sensiblement rectangulaire qui sont en contact avec l'arbre à cames. Des expériences ont permis de constater qu'avec une fonte sur une table porte-pièce à commande numérique par calculateur, à vitesse constante, de telles pièces présentent transversalement par rapport au sens de marche une zone de trempe de très grande extension, sans la formation de moustaches connue. En raison de la limitation latérale des pièces, il suffit d'un flux de chaleur réduit dans le sens axial du rayon de courbure de sorte qu'aux points de changement de sens du mouvement d'oscillation, on peut se contenter d'une puissance calorifique à peine supérieure à celle que l'on a sur la portée elle-même. Mais on peut également utiliser avantageusement le procédé selon l'invention pour tremper d'autres pièces pour au tomobile possédant ou non une forme à symétrie de révolution. Lorsque le mouvement relatif entre pièce et brûleur s'effectue au moyen d'un élément porte-pièce à commande numérique par calculateur, on peut également tenir compte d'une façon très simple des différences de répartition de masse sur la pièce en adaptant de façon correspondante les vitesses, de sorte que, avec des faibles épaisseurs de matériau, on utilise des vitesses élevées et, avec de grandes épaisseurs de matériau, des vitesses réduites, pour obtenir une profondeur de fusion uniforme. Le procédé selon l'invention est prévu avec autotrempe des bandes de matériau fondues. Mais on peut également prendre des dispositions pour soumettre les parties métalliques fondues à une opération de trempe par moyens extérieurs, à l'aide d'un fluide auxiliaire, par exemple air ou eau. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la trempe d'une surface de pièce en fonte, notamment de la portée d'une came ou d'un suiveur à cames par fusion de la surface à l'arc électrique suivie de trempe, dans lequel l'arc électrique est guidé sur un parcours croisant la ligne médiane de la surface de pièce à faire fondre en des points décalés dans le sens de la ligne médiane, avec des points de rebroussement ou de changement de sens à proximité des deux bords de la surface de la pièce, caractérisé en ce que, en tenant compte de l'intervalle entre parcours voisins, particulièrement aux points de changement de sens de marche, et en tenant compte de la répartition des masses de la pièce dans la zone des parcours suivis, l'arc électrique est guidé à des vitesses de déplacement différentes de façon à ce que soit obtenue une profondeur de fusion sensiblement uniforme sur toute la surface de la pièce à faire fondre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arc électrique est guidé à une vitesse sensiblement uniforme dans son trajet d'un bord de la surface de la pièce à l'autre bord, et à une vitesse plus grande à son passage aux points de changement de direction et/ou à une vitesse plus grande pour revenir au deuxième bord. 3. Procédé selon la revendication l ou 2, caractérisé en ce que la vitesse de parcours de l'arc électrique est plus grande dans la zone du petit rayon de came que dans les zones du grand rayon de came. 4. Machine destinée à la trempe de pièces en fonte selon la revendication 3 par mise en fusion de la surface de la pièce à l'arc électrique suivie de trempe, avec un portepièce animé d'un mouvement d'oscillation et une commande pour provoquer le mouvement oscillatoire du porte-pièce, dans laquelle le déplacement du porte-pièce s'effectue sous l'action d'un moteur par l'intermédiaire d'une commande à manivelle, caractérisée en ce que la commande à manivelle (27a, 28 36, 37) est entraînée à une vitesse de rotation cycliquement variable, de façon telle que la tache d'ignition de l'arc électrique est déplacée sur la pièce (2) à une vitesse sensiblement constante, et à une vitesse élevée aux points de changement de sens du mouvement et/ou pour revenir dans l'autre sens sur la pièce (2). 5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'entraînement de la manivelle (27a, 28 ; 36, 37) est effectuée au moyen de deux roues dentées ovales (29,30). 6. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'entraînement de la manivelle est effectué au moyen d'un moteur à vitesse de rotation réglable. 7. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que le mouvement relatif entre pièce et arc électrique s' effectue au moyen d'un porte-pièce à commande numérique par calculateur, avec avance en forme de méandres sensiblement constante sur toute la largeur de la surface à faire fondre.