Brevet FR2525751A1 — publié le 19831028

Four à sole tournante pour le traitement thermique, thermochimique ou électrothermique de métaux sous atmosphère raréfiée. La présente invention concerne un four à sole tour- nante pour le traitement thermique,thermochimique ou élec- trothermique de métaux sous atmosphère raréfiée. Elle s'applique plus particulièrement au traitement thermique ou thermochimique de métaux, éventuellement par bombardement ionique, comprenant, en fin de cycle de trai- tement, un traitement final, de durée limitée, tel qu'une. trempe. On sait qu'il existe déjà de nombreux types de fours de traitement thermique ou thermochimique sous vide à bac de trempe incorporé Ces fours comprennent, en général, une cellule équipée de moyens de chauffage et éventuellement de refroidissement pour le traitement thermique ou thermochi- mique ainsi qu'un équipement de trempe incorporé faisant intervenir une chambre munie d'un bac de trempe et commu- niquant avec la cellule de traitement, par l'intermédiaire d'une cloison amovible et étanche, des moyens étant en outre prévue pour effectuer le transfert des pièces, de la cellule au bac de trempe et inversement, L'inconvénient de ces fours réside alors dans la sous utilisation de l'équipement de trempe, due au fait que la durée de la trempe est généralement négligeable par rapport à la durée du traitement proprement dit En conséquence, la rentabilité de l'ensemble de l'installation se trouve diminuée et le coût du traitement se trouve relativement élevé. L'invention a donc pour but de supprimer tous ces inconvénients Elle propose, à cet effet, un four de trai- tement thermique ou thermochimique à atmosphère raréfiée comprenant plus particulièrement: Une enceinte métallique étanche présentant, de pré- férence, une forme de section horizontale circulaire, cette enceinte pouvant comprendre une double paroi avec 2- intermosition d'une couche de refroidissement (water Jacket). Des moyens permettant de réaliser à l'intérieur de l'enceinte une atmosphère de traitement à pression rédui- te. Un chemin de roulement circulaire, situé dans la partie inférieure d'une zone périphérique interne de l 'enceinte. Un tunnel annulaire, en un matériau thermiquement isolant, ouvert dans sa partie inférieure et situé au-dessus du chemin de roulement, ce tunnel renfermant des moyens de traitement thermique, thermochimique ou électrothermique. Une sole tournante consistant en une couronne réalisée en matière thermiquement isolante, mobile sur le chemin de roulement et s'étendant dans l'ouverture de la partie inférieure du tunnel, de manière à assurer la conti- nuité de l'isolation thermique du tunnel, au niveau de sa face inférieure. Des moyens pour entraîner la sole tournante en rotation, pas à pas, à partir deun moteur situé de préféren- ce à l'extérieur de l'enceinte. Des éléments de support des piêces uniformément répartis sur la sole tournante. Une cellule de trempe coomprenant d'une part, une chambre formant un sas, communiquant avec le volume interne du tunnel par une premibre perte et/ou une cloison mobile et avec l'extérieur, par une deuxième porte de manière à per- mettre l'accès et la sortie des pièces à l'intérieur du tunnelt et d'autre part, un bac de trempe situé en-dessous de ladite chambre, cette cellule de trempe comportant des moyens de manutention pour déposer ou- extraire les pièces de la sole tournante et pour les plonger en fin de traite- ment dans le bac de trempe Il convient de noter que pour permettre d'iso- ler les pièces lors de leur introduction sur la sole, 'invention prévoit éventuellement au moins une porte 3 - mobile thermiquement isolante venant obturer le tunnel au moins d'un côté de la porte du sas, de préférence du *c 8 té ou arrivent les pièces en fin de traitement. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le susdit tunnel annulaire est interrompu selon un secteur, de longueur au moins égale à celle des éléments de support des pièces à traiter, de manière à délimiter une zone de transfert des pièces, cette zone de transfert se situant au droit de la porte intérieur du sas. Dans ce cas pour éviter un échauffement excessif du volume intérieur de l'enceinte on prévoit, de préférence deux portes verticales escamotables, en un matériau ther- miquement isolant, pour assurer l'obturation des deux extré- mités du tunnel annulaire, de part et d'autre de la zone de transfert -Le volume central cylindrique délimité par le tunnel annulaire est équipé de moyens de refroidissement, destinés à évacuer en permanence l'énergie calorifique dissipée à l'iÀtérieur-par le tunnel annulaire, notamment lors de l'ouverture des portes et par les pièces se trouvant dans la zone de transfert à la fin du traitement. Par ailleurs, ils convient de noter que les moyens de traitement équipant le tunnel annulaire peuvent être répartis uniformément le long de ce tunnel Ils peuvent également consister en une succession d'éléments autonomes pouvant être commandés séparément au moyen d'un système programmable, notamment pour permettre le traitement à façon des pièces Ces moyens de traitement peuvent consis- ter en des moyens de chauffage par rayonnement et/ou en des moyens de traitement par bombardement ionique Dans ce dernier cas on prévoit alors une série d'électrodes, à savoir une série d'anodes portées par le tunnel et une série de cathodes pouvant consister en les éléments de support sur lesquels sont disposées ies pièces à traiter. Ces cathodes se trouvent alimentés au moyen a-un circuit -4 - électrique A joint tournant ou bien, au moyen d'une piste circulaire montée sur la sole tournante et sur laquelle viennent porter des balais. Ce four permet donc d'effectuer tous types de trai- tement par bombardement ionique tels que la nitruration la carbonitruration, la boruration, les aiverses cémenta- tions, les dép 8 ts métalliques etc L'avantage du four de traitement thermique ou thermochimique précédemment décrit apparait de façon évidente: tout d'abord, le temps d'utilisation de l'instal- lation de 1;équipement ae trempe est multiplié par le nombre de pièces contenues à l'intérieur du four et sa rentabilité se trouve accrue. La simplicité de la structure du four et de ses mécanismes permet de réduire considérablement son prix de revient En outre, il s'avère que toutes les parties mécaniques du four se trouvent situées dans les zones du four à basse température (notamment en raison des moyens de refroidissement) et sont réalisées en matériaux classiques et par conséquent peu coûteux. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-aprbs, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels 2 La figure 1 est une coupe axiale verticale d'un four à sole tournante selon l'invention; La figure 2 est une coupe médiane horizontale du four représenté figure 1. Comme précédemment mentionné, le four à sole tournante représenté sur ces dessins comprend tout d'abord une enceinte étanche 1 raccordée à des moyensnon représen- tés,pour réaliser à l'intérieur de l'enceinte une atmos- phère de traitement, par exemple un vice relatif Cette enceinte 1 comprend une paroi latérale verticale 2 sensible- ment cylindrique ainsi qu'un dessus 3 et un fond bombé. L'ensemble repose sur un socle 5 réalisé de façon classique. - Dans l'exemple représenté l'enceinte 1 est à double parois entre lesquelles peut circuler, de façon classique, un fluide de refroidissement. L'accès à l'intérieur de l'enceinte 1 s'effectue au moyen d'un sas 6 monté contre la paroi verticale 2 à l'extérieur de l'enceinte 1, qui fait partie de liinstal- lation de trempe du four Le sas 6 comprend, donnant à l'extérieur, une porte pivotante classique 7 et, donnant à lintérieur de l'enceinte 1, une porte 8 escamotable latérablement Il communique dans sa partie inférieure avec un bac de trempe 9 situé en dessous du sas 6 Un moyei de transfert 10 permet le transfert des pièces de l'extérieur à l'intérieur de l'enceinte 1 et inversement, ainsi que l'immersion des pièces en fin de traitement dans le bac de trempe 9. Sur le fond de l'enceinte 1 dans une région périphé- rique sensiblement adjacente à la paroi latérale cylindrique 2, est réalisé un chemin de roulement circulaire 11. Au-dessus de ce chemin de roulement 11 se trouve un tunnel annulaire 12, réalisé en un matériau thermiquement isolant, ouvert au niveau de sa face inférieure, face au chemin de roulement 11, et équipé de moyens de traitement appropriés à l'usage du four, tels que des résistances électriques 13, des électrodes pour bombardement ionique, des buses d'injection de gaz de traitement, etc Ce tunnel 12 se trouve par ailleurs interrrompu dans un secteur 14 d'environ 60 à 70, adjacent à la porte 8 du - sas 6, qui sert de zone de transfert Les deux ouvertures de ce tunnel peuvent être respectivement obturées par deux portes 15, 16 thermiquement isolantes, pouvant pren- dre au moins deux positions, à savoir, une position escamo- tée dans la partie centrale 17 de l'enceinte 1, position obtenue par translation radiale horizontale, et une position légbrement soulevée, obtenue par translation verticale. Les déplacements de ces portes sont obtenus au moyen d'un système à glissières à poulies 19 et cbles de renvoi 20 entraînés par un moteur 21 situé à l'extérieur de l'encein- te 1. La partie inférieure du tunnel 12 se trouve en ou- tre refermée par une sole tournante 22 consistant en une couronne en matériau thermiquement isolant montée sur le chemin de roulement 11 au moyen de galets 23 et entreaînée en rotation au moyen d'un moteur 24 et d'un système de transmission comprenant un pignon 25 engrenant avec une couronne dentée 26 solidaire de la sole 22. Cette sole 22 porte une série d'éléments ae support radiaux Si et 59 destiné à porter les charges à traiter, à raison de trois éléments de support S par charge. Dans l'exemple représenté, la sole 22 est prévue pour porter 9 charges faisant entre elles un écart angulaire de 40-. Il apparaît de la description qui précède que, dans le four, seul le volume inférieur du tunnel 12 annulaire, qui est thermiquement isolé du reste au volume de l'enceinte 1, se trouve soumis à une haute température. En conséquence, toutes les parties mécaniques du four se trouvent à une température relativament basse Toutefois, en raison des déperditions calorifiques du tunnel 13, notamment lors de l'ouverture des portes 15, 16 et lors de la présence d'unme charge en fin-de traitement dans la zone de transfert 14, l'invention prévoit en outre un système de refroidissement consistant en un serpentin 28, logé dans le volume cylindrique 17 délimité par le tunnel 12 et raccordé à un circuit de fluide de refroidissement extérieur. Le principe général du four précédemment décrit est très simple, Au cours de chacune des phases d'arrêt de la sole 22, une charge est introduite et/ou extraite des éléments de support S se trouvant dans la zone de transfert 14, par Jneu Pu Gadmoo a Toq UT UOT 4 "STIUPJ op epom 00 UOTGS çc qila Tug AU 00 UT qez O Tlld ne Ou Totu nie Join Taddns op qatu zed &Z eans-Fj g>quespadea u O Tlu 9 T-mqa op epom el vo Sauqo op eaqtuou el luelz Lletp 4 T Upp 1 -Tub eo "qu-94 jodu T. 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La zone de transfert s'étend sur environ 700 avec une aire centrale de 40 dans l'axe du sas Cette zone de transfert 14 couvre done partiellement deux groupes d'élé- ments de support consécutifs 54 et 55 disposés symétri- quement par rapport à l'axe du sas 6, comme représenté fi- gure 2. Dans ce cas le mouvement de la sole n'est plus un simple mouvement pas à pas, mais un mouvement à pas de pèle- rin, comprenant un mouvement de recul de la sole 22 de 20 e permettant d'amener un groupe d'éléments de support S, char- g C ou non sur l'aire centrale 30, et ensuite un mouvement d'avanqe de 60 e, de sorte que la résultante de ces deux mouvements correspond à un mouvement d'avance de 40 o Au cours de ces mouvements les portes 15 et 16 seront escamo- tées dans le cas du passage d'un groupe de support S, muni d'une charge, ou simplement soulevées dans le cas du passa- ge d'un groupe de support S démuni de charge Au cours des phases d'arrêt de la sole 22 les portes se trouveront esca- motées dans le cas ou une charge se trouve sur leur passage ou totalement refermées dans le cas o un groupe d'éléments de support S vide se trouve sur leur passage Dans ce dernier cas, les portes 15 et 16 passeront entre deux éléments de support S consécutifs. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation précédemment décrits Ainsi, par exemple dans le cas o l'on utilise un tunnel ininter- rompu,l'accès à l'intérieur du tunnel, à partir du bac de trempe pourrait s'effectuer soit au moyen de la porte étanche du bac de trempe et/ou par un écran thermique paral- lèle à cette porte Dans ce cas, la paroi interne du tun- nel ne sera interrompue que pour une éventuelle porte ( 15 ou 16) isolant la zone chaude de la partie qui vient de recevoir la nouvelle charge -9 _ REV Em DICA 10 L Oi S 1 Four à sole tournante pour le traitement thermique, thermochimique ou électrothermique de métaux sous atmosphère raréfiée, caractérisé en ce qu'il com- prend z une enceinte métallique étanche 1 présentant, de préférence une forme de section horizontale circulaire, cette enceinte 1 ponuvant comprendre une double paroi, interposition d'une couche de refroidissement (water Jacket), des moyens permettant de réaliser à l'intérieur de l'enceinte une atmosphère de traitement à pression réduite, une chemin de roulement circulaire 11 situé dans la partie inférieure d'une zone priphriqueo interne de l'enceinte 1, un tunnel annulaire 12, en un matériau thermique- ment isolant, ouvert dans sa partie inférieure et situé au-dessus du chermin de roulement, ce tunnel refermant des moyens 13 de traitement thermique, thermechimique ou électro- thermique, une sole tournante 22 consistant en une couronne réalisée en matière thermiquement iselaute, mobile sur le chemin de roulement 11 et s'étendant dans lt'ouverture de la partie inférieure du tunnel 12, de manibre à assurer la continuité de l'isolation thermique du tunnel 12, au niveau de sa face inférieure, des moyens pour entraîner la sole tournante 22, en rotation, à partir d'un moteur 24 situé de préférence à l'extérieur de l'enceinte, des éléments de support des pièces S uniformé- ment répartis sur la sole tournante 22. une cellule de trempe comprenant d'une part, une chambre formant un sas 6 communiquant avec le volume inter- ne du tunnel par une premibre porte et/ou une cloison mobile et avec ltextérieur, par une deuxième porte, de manière 11 % saol 4 ueumm 4 ou 4 zi ga Tuliquue Teuunq el sud 4 L e 4 u Teoue T op =e Tap 4 u Ta T 'q epd T"OTP aub TJTJOTWO OT 2 aeupi-r eoueu-amzed ue JOUOVA? 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Four selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les portes 15 et 16 peuvent prendre au moins deux positions, à savoir, une position escamotée dans la partie centrale 17 de l'enceinte 1, par translation horizontale, et une position légèrement sou- levée, par translation verticale.