Brevet FR2568360A1 — publié le 19860131

La présente invention concerne un four à sole tournante de structure annulaire pour traitement thermique de pièces, comportant un mécanisme d'entraînement en rotation de la sole tournante et une ouverture de chargement et décharge- ment pouvant être obturée, comme cela est généralement connu dans la pratique industrielle. Pour la littérature concernant ce sujet, on pourra se référer, dans la série de livres "Werkstattb cher", au volume n 8, " Die Hârterei", page 40. Des fours de ce genre comportent une sole de forme annulaire et au moins approximativement plane, qui est montée de façon tournante et qui est entra5née lentement en rotation de façon continue. La sole tournante se déplace dans une maçonnerie de four en forme de U qui entoure un canal annulaire. Dans une zone déterminée de la périphérie, il est prévu une ouverture de chargement et déchargement pouvant être obturée et au travers de laquelle la matière à traiter peut être introduite dans le four ou sortie de celui-ci. On connaît également des formes de réalisation dans lesquelles il est prévu, pour le chargement du four ou pour l'évacuation de la matière traitée, des ouvertures ou des volets distincts qui sont placés l'un à côté de l'autre de façon rapprochée. La disposition particulière des volets de chargement et de déchargement offre la possibilité de placer une paroi sépara- trice fixe radialement dans le volume annulaire pour pouvoir maintenir plus facilement une différence de température entre le début et la fin du trajet de rotation. Un inconvénient résultant de cette paroi séparatrice fixe consiste en ce que la matière à traiter doit être déchar- gée complètement au bout d'une révolution. Dans chaque cas, la sole tournante doit cependant fonctionner avec rotation continue de son plateau. Dans des fours à solE tournantes comportant une paroi séparatrice fixe placée dans la zone de chargement et de déchargement, le temps de traitement corres- pond à une révolution de la sole tournante alors que par contre un four à sole tournante ne comportant pas de paroi intermédiaire permet d'obtenir des temps de traitement de durées quelconques et également des temps différents de traitement pour la matière à traiter. Le traitement ne devrait autant que possible pas être effectué lors d'une immobilisa- tion de la sole tournante afin que toutes les pièces intro- duites subissent un traitement thermique dans les mêmes condi- tions lors de la rotation de la sole tournante. Un inconvé- nient rencontré avec les soles tournantes consiste en ce qu'elles-ne permettent pas de maintenir sur la périphérie du volume de traitement de forme annulaire une atmosphère de four différente en ce qui concerne la température ou la composition. Egalement une paroi intermédiaire fixe placée dans le domaine de la zone de chargement et de déchargement ne crée qu'une très faible variation à cet égard; on peut ainsi maintenir dans le meilleur des cas seulement une varia- tion de température de 20 à 30 C. En outre, les opérations de chargement et de déchargement perturbent en permanence l'atmosphère du four de sorte que la petite variation de température qui est envisagée est plus ou moins " atténuée par ces processus. En outre on connaît également ce qu'on appelle les fours poussants, dans lesquels la matière à traiter est empi- lée sur des palettes réfractaires, qui sont ensuite entrai- nées successivement par glissement dans le volume de traite- ment au moyen d'un dispositif pousseur et sous la forme d'une colonne groupée, auquel cas après chaque cycle d'avancement, une nouvelle palette est introduite à l'entrée et une palette traitée est évacuée à l'extrémité. L'introduction et l'évacua- tion des palettes sont effectuées perpendiculairement à la direction de poussée; à cause de ces opérations compliquées et relativement longues d'introduction de palettes dans la colonne et d'évacuation de palettes de cette colonne, il est prévu des sas dans ces zones d'entrée ou de sortie. En utili- sant ce principe de four, on peut réaliser également des fours de traitement contenant des atmosphères très différentes, auquel cas pour chaque zone de traitement correspondant à une autre atmosphère de four, il faut prévoir un dispositif pousseur particulier, qui est relié au dispositif pousseur précédent perpendiculairement et avec interposition d'un sas correspondant. De tels fours poussants comportant des atmos- phères différentes sont pour cette raison d'une construction très compliquée et ils sont coûteux et sujets à des pannes. Un autre inconvénient consiste en outre dans l'utilisation continue de palettes réfractaires coûteuses, qui sont soumises à une usure continue en cours d'exploitation. Un inconvénient de l'utilisation de palettes consiste en outre en ce que celles-ci doivent être chauffées en permanence, ce qui se traduit par une augmentation de la consommation d'énergie. Un autre inconvénient des fours poussants comportant plusieurs zones de traitement qui sont séparées l'une de l'autre consiste en ce qu'ils ne permettent pas d'obtenir de courts cycles de traitement pouvant être choisis à volonté. Les nombreux sas et voies de poussée font intervenir une succes- sion temporelle d'opérations d'ouverture, de fermeture et de translation dont les durées s'additionnent pour établir fina- lement un temps total de traitement relativement long. Ce temps total de traitement représente dans une certaine mesure la limite inférieure du plus court cycle de traitement pouvant être réalisé. Dans le cas de faibles profondeurs de trempe, il est cependant fréquemment souhaitable d'avoir des cycles de traitement assez courts, qu'on ne peut cependant pas obtenir avec un four de ce genre, ou seulement en tenant compte d'in- convénients comme par exemple une exploitation incomplète de la capacité du four. L'invention a pour but d'agencer par contre un four à sole tournante connu de telle sorte qu'il permette, pour une dépense de construction relativement faible, d'exécuter des processus de trempe avec des atmosphè.-res de four très différen- tes, tout en permettant d'obtenir également de très courts cycles opératoires ou temps de traitement. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que le mécanisme d'entraînement en rotation est conçu pour opérer de façon intermittentesur une course de transport correspondant à une fraction de division par nombre entier de la périphérie de la sole tournante et en ce que le volume annulaire du four à,sole tournante peut être divisé par plusieurs cloisons, pouvant être entraînées simultanément vers l'intérieur, en plusieurs zones séparées de traitement l'espacement périphérique des cloisons l'une de l'autre correspondant à un multiple entier-d'une course de transport. Du fait de la division du volume annulaire du four en plusieurs zones de traitement par des cloisons mobiles, il est possible de maintenir des atmosphères très différentes dans le four. A cet égard, la course de transport de la sole tournante entraînée de façonintezrmittente est en relation avec l'espacement entre les cloisons. Pour le transport des pièces dans la voie de traitement de forme annulaire, il est simple- ment prévu un seul dispositif d'entraînement de la sole' tournante, d'une conception simple et légère, de sorte qu'on peut supprimer les dispositifs pousseurs compliqués et sujets à des pannes ainsi que les sas. Des palettes spéciales ne sont plus nécessaires car les pièces à traiter peuvent être placées directement sur la sole ou bien sur des mandrins d'empilage, ou analogues, restant dans le four. On supprime ainsi non seulement les frais de palettes coûteuses ou de grilles d'empilage mais également les dépenses en énergie pour leur réchauffage constant. Les pièces occupent en outre sans difficulté une position définie à l'intérieur du four, cette position étant conservée pendant tout le traitement, de sorte qu'il est possible sans difficulté d'assurer un chargement et un déchargement automatiques au moyen de robots industriels. Après que les différentes cloisons qui séparent les diverses zones de traitement l'une de l'autre ont toutes été actionnées simultanément, la période totale nécessaire pour faire progresser le four d'un segment est relativement courte de sorte qu'on peut obtenir des cycles opératoires, et par conséquent des temps de traitement extrêmement courts avec un tel four. On peut par conséquent obtenir également de faibles profondeurs de trempe tout en exploitant intégralement la capacité du four. Selon d'autres particularités du four à sole tournan- te conforme à l'invention: - il est prévu immédiatement en arrière de l'ouverture de chargement et déchargement, de chaque coté de celle-ci, une cloison, les deux cloisons étant espacées périphériquement l'une de l'autre d'une distance correspondant à une course de transport afin de créer une zone de chargement et déchargement en forme de sas. - Le volume annulaire est divisé en une zone de chauffage, une zone de cémentation et une zone de recuit de diffusion. - La zone de chargement et déchargement peut être chauffée. - La sole tournante est divisée en segments en correspondance aux courses de transport. - Les segments sont chacun pourvus dans leur zone de jonction mutuelle de moyens pour la réception ou l'appui étanche des bords inférieurs des cloisons. - Les moyens placés du côté des segments pour assurer l'étanchéité par rapport auxcloisons sont agencés sous la forme de nervures orientées radialement et sur lesquelles viennent s'appuyer supérieurement les cloisons par leurs bords inférieurs. - La sole tournante comporte plusieurs plans d'alimentation à la façon d'un casier; les segments associés aux plans supérieurs d'alimentation comportent, dans leurs zones de jonction correspondantes, des fentes pour laisser passer les cloisons. - L'entrainement est assuré par l'intermédiaire d'au moins un cylindre hydraulique s'accrochant tangentiellement sur la sole tournante, le point d'accrochage changeant après chaque course de transport à la façon d'une roue d'encliquetage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en plan d'un four à sole tournante conforme à l'invention, comportant plusieurs zones de traite- ment séparées l'une de l'autre par des cloisons, la figure 2 est une vue en coupe, faite selon la ligne II-II de la figure 1, du four à sole tournante de forme annulaire, et la figure 3 est une vue en plan d'une installation de trempe automatisée avec chargement et déchargement automatiques du four à sole tournante et, à la suite du four, des systèmes de trempe, de nettoyage de pièces et de recuit de détension- nement. Le four à sole tournante 24 représenté sur les figures se compose dans l'essentiel d'un anneau extérieur 1, d'un anneau intérieur 2 et d'un couvercle annulaire 3 qui sont chacun formés de maçonnerie réfractaire et qui sont maintenus au moyen d'une structure portante 6. A l'intérieur d'un four agencé de cette manière et ayant une section en forme de U, il est prévu une sole tournante 4 de forme annulaire qui s'appuie sur des rouleaux fixes 5 et dont l'étanchéité aux gaz par rapport à la maçonnerie fixe du four est assurée au moyen d'un canal annulaire contenant du sable. Sur le côté inférieur est disposée une couronne dentée d'encliquetage 15 sur laquelle s'accroche un cylindre hydrau- lique d'actionnement. Au moyen d'un mécanisme d'entraînement en rotation agencé de la sorte, la sole tournante 5 peut être entraînée en rotation de façon intermittentedans la direction 14,et sur une course de transport h définie. La course de transport h correspond à une fraction de division par nombre entier de la périphérie totale de la sole tournante. Cette sole tournante 4 est divisée en segments 8 en correspondance à cette course de transport. Dans une zone périphérique de l'anneau extérieur 1, il est prévu un volet 7 pour obturer une ouverture de charge- ment et de déchargement. Au moyen de tubes rayonnants 20 chauffés par flamme ou par courant électrique, il est possible d'augmenter la température dans le volume du four. L'atmosphère de four peut être mise en circulation au moyen de ventilateurs 21. Pour pouvoir maintenir dans le volume annulaire du four des zones de traitement contenant des atmosphères très diffé- rentes en ce qui concerne la température et/ou la composition, il est prévu sur la périphérie du volume annulaire plusieurs cloisons mobiles 9 à 12 qui sont espacées périphériquement l'une de l'autre d'une distance correspondant à un multiple entier d'une course de transport h. Dans l'exemple de réalisa- tion représenté, les cloisons peuvent être relevées verticale- ment-,et l'alvéole correspondant est fermé supérieurement par un couvercle de cloison 22 en forme de hotte qui est étanche aux gaz et thermiquement isolant. L'entraînement peut être effectué par l'intermédiaire de chaînes et d'un cylindre de manoeuvre. Immédiatement en arrière de l'ouverture de charge- ment et déchargement, il est prévu de chaque côté de celle-ci une cloison 9 ou 12 de façon à créer une zone de chargement et déchargement analogue à un sas; l'espacement périphérique des deux cloisons 9 et 12 correspond ici simplement à'une seule course de transport. Il est prévu dans le sens de rotation en arrière de la première cloison 9 une zone de chauffage 17, qui comporte trois segments dans l'exemple de réalisation représenté. Dans cette zone, les pièces doivent être initiale- ment chauffées avec économie d'énergie et économie de gaz de traitement jusqu'au voisinage de la plage des températures de cémentation. Dans cette zone de chauffage, il existe une atmosphère de four ayant un comportement inerte. L'extré- mité de la zone de chauffage est définie par une autre cloison 10. On trouve ensuite la zone de cémentation 18 qui s'étend sur plus de la moitié de la périphérie du four. Dans cette zone règne une atmosphère de cémentation; les températures dans cette zone du four sont relativement élevées et situées dans la plage des températures de cémentation afin de permettre une absorption rapide de carbone. A la fin de la zone de cémentation 18, il est prévu une autre cloison 11. A cause de la cémentation rapide, il se produit dans la couche marginale extérieure des pièces une forte diminution de la concentration en carbone, ce qui est indésirable. Pour unifor- miser la concentration en carbone dans la zone marginale, il est prévu à la suite encore une zone de recuit de diffusion 19, qui s'étend jusqu'à la dernière cloison 12 placée avant la zone de chargement et déchargement. Dans cette zone de recuit de diffusion règnent évidemment des températures plus basses mais qui sont cependant encore situées à l'intérieur de la plage des températures de cémentation; par ailleurs, le pourcentage de carbone dans l'atmosphère du four est également légèrement diminué ( environ 0,8 % C). Du fait de cette division en zones, le traitement permet d'une part d'introduire dans la pièce une grande quantité de carbone pour des temps de cémentation relativement faibles et d'autre part il est possible d'obtenir sur la périphérie extérieure de la couche de cémentation une concentration en carbone approximativement constante. Ce traitement permet d'économiser de l'énergie et il épargne en outre la structure cristalline du matédau, c'est- à-dire qu'il empêche une formation de grains grossiers. Pour que l'atmosphère régnant dans les zones de traitement proprement dites ne soit pas perturbée par les operations de chargement et de déchargement aussi bien en ce qui concerne sa température que sa composition, on crée - comme cela a été déjà précisé - dans la zone de chargement et de déchargement une région 16 en forme de sas qui peut être obturée par rapport à l'extérieur au moyen d'un volet 7. Avantageusement cette région peut également être chauffée, ce qui procure l'avantage que les fluctuations de la température lors de la progression de la sole tournante dans les zones adjacentes de traitement 17 ou 19 sont moins fortes. Un chauf- fage de la zone de chargement et de déchargement est également surtout avantageux lorsque les pièces provenant de la zone de diffusion doivent être extraites individuellement en vue d'un refroidissement brusque dans un dispositif de trempe; elles peuvent alors être maintenues à la température de recuit dans la zone de chargement et déchargement. Comme on l'a déjà précisé, la sole tournante est pourvue d'un dispositif d'entraînement opérant de façon inter- mittente, qui fait tourner la sole tournante à chaque fois d'une course de transport h définie, cette course étant égale à une fraction de division par nombre entier de la périphérie circulaire. Par exemple dans le four à sole tournante représen- té sur la figure 1, une course de transport h s'élève 1/24 d'un cercle, ce qui correspond à un angle de 15 . En relation avec cette course de transport h, la sole tournante 4 est divisée en segments correspondants 8, qui sont pourvus dans leur zone de jonction mutuelle de moyens permettant la récep- tion ou l'appui étanche des bords inférieurs des cloisons 9 à 12. Notamment et avantageusement, lesdits moyens de réception étanche se présentent sous la forme de nervures 23 4 orientées radialement,et sur le côté supérieur desquelles viennent s'appuyer de façon étanche les cloisons par leurs bords inférieurs. Les nervures peuvent également être agencées sous forme de profilés en U pour obtenir une étanchéité encore meilleure. Afin d'augmenter la capacité de réception de pièces du four à sole tournante, cette sole tournante peut comporter plusieurs plans d'alimentation à la façon d'un casier. Le ou les plans supérieurs d'alimentation sont chacun pourvus, entre les différents segments, d'une fente permettant le passage des cloisons. Les cloisons peuvent comporter à l'endroit conespon- dant des garnitures d'étanchéité qui viennent s'engager dans un évidement correspondant ou bien s'accrocher sur une moulure antagoniste d'étanchéité prévue sur le segment. Les cloisons sont elles-mêmes agencées avantageusement sous forme d'une plaque constituée d'un matériau céramique très résistant à la température et à l'usure. L'installation de trempe fonctionnant automatique- ment et représentée sur la figure 3 comporte comme composant essentiel un four à sole tournante 24 agencé comme sur les figures 1 et 2 et pourvu d'une zone de chauffage, d'une zone de cémentation et d'une zone de recuit de diffusion ainsi que d'une zone indépendante de chargement et déchargement. Le chargement et le déchargement sont effectués au moyen d'un robot d'alimentation et d'évacuation 25. Les pièces encore à l'état doux sont déversées dans une trémie vibrante 26 à partir de laquelle elles sont initialement placées dans une même position ordonnée pour être amenées par une goulotte transporteuse 27 jusqu'au poste 28 de préhension par le robot. Le robot prend alors ici les pièces dans la disposition correc- te et il les place dans une position définie dans la zone de chargement 16. Lors de la mise en place, plusieurs pièces peuvent également être disposées simultanément l'une sur l'au- tre ou bien elles peuvent être placées entre des mandrins récepteurs correspondants de telle sorte que l'alimentation s'effectue relativement rapidement. Dans l'installation de trempe représentée sur la figure 3, l'évacuation des pièces doit être effectuée individuellement car les pièces doivent être trempées séparément dans le dispositif de trempe 29. Comme on l'a déjà signalé, les pièces peuvent être maintenues, du fait du chauffage de la zone de chargement et déchargement 16, à une température de recuit de sorte qu'il est possible d'extraire individuellement et de tremper individuellement les pièces dans les dispositifs de trempe. Evidemment le volet 7 du four doit à nouveau être refermé après chaque opération d'extraction. On pourrait envisager que le robot enlève simultanément deux pièces à la fois et dépose ces deux pièces successivement dans les deux dispositifs de trempe placés en parallèle. Les dispositifs de trempe, réalisés sous forme de presses, maintiennent les pièces à la forme correcte sous une pression élevée de sorte qu'elles ne peuvent pas se déformer pendant la trempe. Ensuite les pièces trempées sont évacuées sur des transporteurs à rouleaux 30 à partir desquels elles arrivent sur une bande transporteuse 31. Cette bande transporteuse transporte initialement les pièces au travers d'une machine de lavage 32, et ensuite au travers d'un four de retenue 33 dans lequel les pièces reprennent leus tensions naturelles sous l'effet d'un échauffement uniforme. Par l'intermédiaire d'une goulotte 34, les pièces arrivent finalement dans une autre trémie vibrante 35,à partir de laquelle elles sortent dans une disposition ordonnée; elles peuvent ensuite être placées manuellement ou mécaniquement sur des palettes en vue de leur conditionnement ultérieur. il REVENDICATIONS 1. Four à sole tournante de structure annulaire pour traitement thermique de pièces, comportant un mécanisme d'entraînement en rotation de la sole tournante et une ouverture de chargement et déchargement pouvant être obturée, caractérisé en ce que le mécanisme d'entraînement en rotation (13) est conçu pour opérer de façoninterTnittente sur une course de transport (h) correspondant à une fraction de division par nombre entier de la périphérie de la sole tournante, et en ce que le volume annulaire du four (24) à sole tournante peut être divisé par plusieurs cloisons (9 à 12),pouvant être entraînées simultanément vers l'intérieur, en plusieurs zones séparées de traitement (16 à 19), l'espacement périphé- rique des cloisons ( 9 à 12) l'une de l'autre correspondant à un multiple entier d'une course de transport (h). 2. FOur à sole tournante selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu, immédiatement en arrière de l'ouverture de chargement et déchargement (7), de chaque côté de celle-ci, une cloison (9, 121, les deux cloisons étant espacées périphériquement l'une de l'autre d'une distance correspondant à une course de transport (h),afin de créer une zone de chargement et déchargement (16) en forme de sas. 3. Four à sole tournante selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le volume annulaire est divisé en une zone de chauffage (17), une zone de cémentation (18) et une zone de recuit de diffusion (19). 4. Four à sole tournante selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone de chargement et déchargement (16) peut être chauffée. 5. Four à sole tournante selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la sole tournante (4) est divisée en segments (8) en correspondance aux courses de transport (h). 6. Four à sole tournante selon la revendication 5, caractérisé en ce que les segments (8) sont chacun pourvus dans leur zone de jonction mutuelle de moyens (23) pour la réception ou l'appui étanche des bords inférieurs des cloisons (9 à 12). 7. Four à sole tournante selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens placés du côté des segments pour assurer l'étanchéité par rapport aux cloisons (9 à 12) sont agencés sous la forme de nervures (23), orientées radiale- ment,et sur lesquelles viennent s'appuyer supérieurement les cloisons (9 à 12) par leurs bords inférieurs. 8. Four à sole tournante selon une quiconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la sole tournante (4) comporte plusieurs plans d'alimentation à la façon d'un casieret en ce que les segments associés aux plans supérieurs d'alimentation comportent, dans leurs zonesde jonction corres- pondantes, des fentes pour laisser passer les cloisons (9 à 12). 9. Four à sole tournante selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'entraînement (13) est assuré par l'intermédiaire d'au moins un cylindre hydraulique s'accrochant tangentiellement sur la sole tournante (4), le point d'accrochage changeant après chaque course de. transport (h) à la façon d'une roue d'encliquetage (15).