Brevet FR2666818A1 — publié le 19920320

Dispositif modulaire flexible de traitements thermiques La présente invention concerne le domaine du traitement thermique et a pour objet un dispositif modu- laire flexible de traitements thermiques. Il existe actuellement principalement deux ty- pes de dispositifs de traitements thermiques permettant de réaliser plusieurs traitements thermiques différents. On connaît, tout d'abord, un dispositif consti- tué de plusieurs fours et de plusieurs bacs de trempe disposés en série, de manière adjacente et alternée, chaque four étant placé entre deux bacs de trempe Il en résulte que chaque bac de trempe ne pourra être desservi que par les deux fours adjacents et que, de même, chaque four ne pourra être déchargé que dans les deux bacs de trempe adjacents De plus, l'augmentation de la capacité ou la diversification dudit dispositif de traitements thermiques par l'adjonction de fours supplémentaires entraîne, par conséquent, nécessairement l'adjonction de bacs de trempe supplémentaires, et donc une modification substantielle de la structure ainsi qu'une augmentation notable des dimensions et du coût desdits dispositifs. Il existe également un dispositif de traite- ments thermiques composé de plusieurs fours et de plu- sieurs bacs de trempe, la charge à traiter pouvant être déplacée dans un plan et être transférée ainsi d'un four donné vers un bac de trempe donné. Néanmoins, il en résulte, par conséquent, d'une part, que la pièce est toujours oxydée au cours du transfert et, d'autre part, qu'il est impossible de pro- céder au chargement d'un four lorsqu'une charge est en cours de transfert. Le problème posé à la présente invention est donc de concevoir un dispositif flexible de traitements thermiques, aisément extensible, composé de modules de type four et de type bac de trempe ou de lavage et présentant une constitution compacte, ledit dispositif devant permettre, en outre, d'une part, de réaliser un nombre maximum de traitements thermiques différents, sans interruption, avec un nombre de modules donné, et, d'autre part, de maximiser les temps d'utilisation des fours en minimisant les temps de changement de cycle de traitement et de transfert et de mise en place des charges. Ce problème est précisément résolu grâce à l'installation modulaire flexible de traitements thermi- ques, comportant des modules de type four et des modules de type bac de trempe ou de lavage, compatibles entre eux, caractérisée en ce qu'elle est principalement cons- tituée, d'une part, par une structure support pourvue d'au moins un portique de transport, d'autre part, par au moins un dispositif de chargement et de déchargement des différents modules et, enfin, par un ou plusieurs modules de commande contrôlant le fonctionnement des différents éléments constituant le dispositif modulaire et comportant chacun, le cas échéant, un automate pro- grammable, chaque module de type four pouvant être ache- miné, au moyen d'un portique de transport, d'une posi- tion de stationnement durant le cycle de traitement de sa charge vers l'un quelconque des modules de type bac de trempe ou de lavage, sans aucune interruption dudit cycle de traitement de ladite charge, et ce, alors que la mise en place de la charge suivante à traiter par le- dit module de type four est en cours de préparation, un ou plusieurs desdits modules pouvant, en outre, être simultanément en cours de chargement ou de restitution de leur charge. L'invention sera mieux comprise grâce à la des- cription ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisa- tion préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale du dispositif conforme à l'invention la figure 2 est une vue schématique en plan du dispositif représenté à la figure 1; la figure 3 est une demi vue en coupe d'un mo- dule de type four chargé, représenté à la figure 2, durant le cycle de traitement, et, la figure 4 est une demi vue en coupe d'un module de type four et d'un module de type bac de tremps ou de lavage, représentés à la figure 2, durant la phase de déchargement du module de type four. Conformément à l'invention, et comme le mon- trent les figures 1 à 4 des dessins annexés, le disposi- tif modulaire flexible de traitements thermiques est principalement constitué, d'une part, par une structure support 1 pourvue d'au moins un portique de transport 2, d'autre part, par au moins un dispositif 3, 4, 5 de chargement et de déchargement des différents modules 6, 7 et, enfin, par un ou plusieurs modules de commande 8, 9 contrôlant le fonctionnement des différents éléments 2 à 7 constituant le dispositif modulaire et comportant chacun, le cas échéant, un automate programmable 10, chaque module 6 de type four pouvant être acheminé, au moyen d'un portique de transport 2, d'une position de stationnement durant le cycle de traitement de sa charge 11 vers l'un quelconque des modules 7 de type bacs de trempe ou de lavage, sans aucune interruption dudit cy- cle de traitement de ladite charge 11, et ce, alors que la mise en place de la charge 11 suivante à traiter par ledit module 6 de type four est en cours de préparation, un ou plusieurs desdits modules 6, 7 pouvant, en outre, être simultanément en cours de chargement ou de restitu- tion de leur charge 11. Selon un mode de réalisation préféré de l'in- vention, représenté aux figures 1 et 2 des dessins annexés, les modules 7 de type bac de trempe ou de lava- ge sont disposés côte à côte et de manière alignée dans la structure support 1, les modules 6 de type four étant disposés d'une façon similaire parallèlement auxdits modules 7 de type bac de trempe ou de lavage, mais dans un plan horizontal différent. Comme le montrent également les figures 1 à 4 des dessins annexés, les modules 6 de type four présen- tent une structure verticale et sont munis d'une ouverture 12 sur leur face inférieure, les modules 7 de type bac de trempe ou de lavage présentant une ouverture 13 correspondante sur leur face supérieure. Conformément à une caractéristique de l'inven- tion, représentée aux figures 3 et 4 des dessins annexés, les modules 6 de type four comportent, notam- ment, d'une part, un garnissage intérieur 14 en fibres céramiques, doublé d'une enveloppe 15 ayant des caracté- ristiques mécaniques élevées, d'autre part, une pompe à vide 16 pour le changement d'atmosphères contrôlées, et, enfin, une turbine de refroidissement 17 alimentant des échangeurs 18 débouchant à l'intérieur desdits modules 6 de type four Les modules 6 de type four, en desservant des plages de températures différentes du fait de puis- sances de chauffe variables, dépendant, notamment, des caractéristiques de leurs éléments 19 radiants chauffants, pourront être destinés, de manière privilé- giée, chacun à des traitements thermiques spécifiques. Néanmoins, par la mise en place de pompes à vide 16 et de turbine de refroidissement 17, fixées sur la struc- ture support 1 et reliées auxdits modules 6 autorisant des changements rapides et contrôlés de températures et d'atmosphères internes, chaque module 6 de type four pourra réaliser plusieurs traitements thermiques diffé- rents, tels que, par exemple, les cémentations, les re- cuits, les nitrurations, les revenus, les cuissons de céramiques, la nitruration et la cémentation ioniques, etc, permettant ainsi de limiter le nombre de modules 6 de type four nécessaires pour effectuer les traite- ments thermiques susceptibles d'être mis en oeuvre dans une unité de production donnée En outre, chaque module 6 de type four peut être aisément programmé pour une suite d'étapes de traitements thermiques, grâce aux mo- dules de commande 9 munis d'automates programmables 10. De même, les modules 7 de type bac de trempe ou de lavage pourront être de natures diverses, correspon- dant chacun à un ou plusieurs traitements spécifiques, tel que, par exemple, bacs de trempe à l'huile, à l'eau ou au sel, bac de brunissage, bac de trempe à gaz sous pression, bac de lavage ultrasonique rempli d'eau ou d'une solution chlorée, etc Comme le montrent les figures 1, 2 et 4 des dessins annexés, chaque module 6 de type four comporte, d'une part, une plaque inférieure 20 percée munie de plusieurs, préférentiellement trois, pieds tronconiques 21 autorisant la sustentation et le maintien dudit modu- le 6 en phase de traitement dans sa position de station- nement et en phase de déchargement sur le module 7 de type bac de trempe ou de lavage correspondant, grâce à des points d'appui 22 de forme complémentaire, et, d'au- tre part, une plaque supérieure 23 pourvue d'au moins un, préférentiellement trois, points d'ancrage 24 pour le portique de transport 2. Il est ainsi possible, respectivement, d'une part, de faciliter la mise en place par le portique de transport 2 desdits modules 6 de type four et, d'autre part, de garantir l'aplomb dudit module 6 lors de son transport en l'équipant, par exemple, de vérins de ré- glage de l'assiette. Afin que l'alimentation des modules 6 de type four, en énergie et/ou en fluides de traitement, ainsi que le contrôle de l'intégralité des cycles de traite- ment de leur charge 11, puissent être réalisés, tant dans la position de stationnement desdits modules 6, que durant leur transport vers l'un quelconque des modules 7 de type bac de trempe ou de lavage, chaque module 6 de type four est muni d'au moins deux connecteurs 25, 25 ', à savoir, au moins un connecteur inférieur 25, coopérant 6 avec un connecteur complémentaire correspondant 26 soli- daire de la structure support 1 lorsque ledit module 6 est en position de stationnement, et, au moins un connecteur supérieur 25 ' pouvant coopérer avec un5 connecteur complémentaire correspondant 26 ' monté sur le portique de transport 2, dès la prise en compte dudit module 6 par ledit portique de transport 2. Les connecteurs 25, 25 ', 26 et 26 ' permettent, par conséquent, par simple emboîtement, d'établir des liaisons de nature très diverses telles que, par exem- ple, liaison électrique, raccordement de tuyaux d'ali- mentation en gaz de traitement, liaison de transmission de signaux ou de données, un détecteur de contact pou- vant indiquer aux modules de commande 8 et 9 l'état des-15 dites connexions Ainsi, lors de la prise en compte d'un module 6 de type four par le portique de transport 2 en vue de son acheminement vers l'un quelconque des modules 7 de type bac de trempe ou de lavage, l'établissement de la connexion 25 ' 26 ' permet de suppléer à la rupture de la connexion 25 26, le module de commande 8 dudit portique de transport 2 pouvant, le cas échéant, contrô- ler la fin du cycle de traitement de la charge 11, après transmission des données correspondantes par le module de commande 9 dudit module 6 et ce jusqu'au moment du25 transfert de la charge 11 dans un module 7 de type bac de trempe ou de lavage. Selon une autre caractéristique de l'invention, représentée aux figures 1, 3 et 4 des dessins annexés, le dispositif 3, 4, 5 de chargement et de déchargement30 est constitué, d'une part, par des éléments mobiles d'obturation 4 réalisant la mise en place et le maintien de la charge 11 dans les modules 6 de type four, d'autre part, par des éléments de support mobiles 5 disposés dans les modules 7 de type bac de trempe ou de lavage35 permettant d'effectuer le transfert des charges 11 des modules 6 de type four vers les modules 7 de type bac de trempe ou de lavage ainsi que l'égouttage desdites charges 11 après trempage ou lavage, et, enfin, par au moins un chariot manipulateur 3 réalisant le chargement des éléments mobiles d'obturation 4 et le déchargement des éléments de support mobiles 5. Les éléments mobiles d'obturation 4 se présen- tent, avantageusement, sous la forme de plaques 27 actionnées par des vérins 28 et prolongées par des so- cles tronconiques 29, lesdits éléments 4 comportant, en outre, chacun, un joint 30 permettant d'isoler de maniè- re étanche l'intérieur du module 6 de type four, ainsi que, le cas échéant, une turbine 31 de brassage de l'at- mosphère contrôlée interne, cette dernière pouvant éga- lement être disposée directement dans le module 6. Le chariot manipulateur 3 comporte avantageuse- ment une table 32 de manipulation de la charge 11, dé- plaçable en rotation autour d'un axe vertical Z et dé- plaçable en translation suivant le même axe Z ainsi que suivant une direction Y perpendiculaire à la direction X de déplacement dudit chariot manipulateur 3 (figures 1 et 2) Ce dernier peut ainsi déposer des charges 11, en- treposées dans un lieu de stockage extérieur à la struc- ture support 1 ou directement issues d'une unité de pro- duction, sur les éléments mobiles d'obturation 4, liés, chacun, à une position de stationnement d'un module 6 de type four, ou évacuer une charge 11 d'un élément de support mobile 5 en position haute, après achèvement des phases de trempage et d'égouttage A cet effet, et comme le montrent les figures 3 et 4 des dessins annexés, les éléments mobiles d'obturation 4 ainsi que les éléments de support mobiles 5 sont pourvus, sur leur face supé- rieure, de plots d'appui 33 des charges 11, permettant, respectivement, de déposer ou de soulever les charges 11 au moyen de ladite table de manipulation 32. Afin de réaliser le maintien des charges 11 dans les modules 6 de type four, lors du transport de ces derniers vers les modules 7 de type bac de trempe ou de lavage, les modules 6 de type four présentent des crochets 34 pivotants disposés à proximité de l'ouvertu- re inférieure 12 dudit module 6 et permettant de mainte- nir une charge 11 à l'intérieur dudit module 6 (figures 3 et 4) Le nombre desdits crochets 34 ainsi que leur disposition à l'intérieur desdits modules 6 de type four sont fonction de la forme et de la taille des charges 11 Le remplacement desdits crochets 34 est grandement facilité par leur installation sur une plaque support 35 fixée de manière amovible sur la plaque inférieure des- dits modules 6. Les charges 11 sont, par conséquent, supportées successivement durant leur traitement, d'une part, par les éléments mobiles d'obturation 4 durant leur phase de traitement thermique à l'intérieur des modules 6 de type four, d'autre part, par les crochets 34 durant la phase de transport desdits modules 6 vers les modules 7, et, enfin, par les éléments de support mobiles 5 durant leurs phases de trempage ou de lavage dans les modules 7 et d'égouttage, lorsque lesdits éléments de support mo- biles 5 sont en position haute. Afin d'autoriser les transferts successifs des charges 11, d'un élément support 4 ou 34 vers l'élément support suivant 34 ou 5, les éléments mobiles d'obtura- tion 4 sont pourvus d'ergots 36 permettant de faire bas- culer les crochets 34 d'une position effacée (figure 3, traits interrompus) vers une position rétentrice (figure 3, traits pleins) contre leur socle tronconique 29, les éléments de support mobiles 5 comportant des taquets latéraux 37 repoussant lesdits crochets 34 dans leur position effacée (figure 4, traits interrompus) lors de la prise en compte des charges 11 par lesdits éléments de support mobiles 5. Le fonctionnement du dispositif conforme a l'invention va maintenant être présenté de manière plus complète par la description de l'itinéraire effectué par une charge 11 à l'intérieur dudit dispositif au cours d'un cycle de traitement. Tout d'abord, la charge 11, en attente à un emplacement de stockage, est acheminée par le chariot manipulateur 3 à la position de stationnement du module 6 de type four choisi en fonction du traitement à effec- tuer et déposée sur l'élément mobile d'obturation 4, en position basse, correspondant Ce dernier s'élève alors, introduisant la charge 11 à l'intérieur du module 6 de type four choisi et fermant l'orifice inférieur 12 de manière étanche La charge 11 subit ensuite les diffé- rentes phases du traitement thermique préprogrammé par l'utilisateur, sous le contrôle du module de commande 9 correspondant (figure 3). Lorsque le traitement thermique est terminé ou en phase terminale, le portique de transport 2 est appe- lé par le module de commande 9 du module 6 considéré ou, le cas échéant, par un automate programmable contrôlant l'ensemble du dispositif de traitements thermiques. Après connexion de la plaque supérieure 23 sur le porti- que de transport 2, l'élément mobile d'obturation se re- tire déposant la charge 11 sur les extrémités en corniè- re des crochets 34 Le module 6 est alors transporté vers le module 7 de type bac de trempe ou de lavage sé- lectionné et déposé sur la partie supérieure de ce der- nier L'élément support mobile 5 dudit module 7 est alors introduit dans le module 6, soulève la charge 11, repousse les crochets 34 et, enfin, extrait la charge 11 dudit module 6 pour l'immerger dans ledit module 7 Du- rant toute la phase de transport du module 6 ainsi que durant le transfert de la charge 11 du module 6 dans le module 7, ladite charge 11 reste sous atmosphère contrô- lée, du fait de l'approvisionnement continu dudit module 6 en fluides et du maintien d'une légère surpression interne, évitant ainsi tout risque d'oxydation A la fin de l'opération de trempe ou de lavage, l'élément de support mobile 5 extrait la charge 11 dudit module 7 et la maintient à l'air libre pour réaliser son égouttage. Ensuite, ladite charge 11 est reprise par le chariot manipulateur 3 et transportée à l'extérieur dudit dispo- sitif de traitement thermique. Bien entendu, l'ensemble de ces opérations est réalisée en parallèle pour l'ensemble des charges 11 présentes dans ledit dispositif, le nombre de celles-ci dépendant uniquement du nombre de modules 6, 7 présents dans le dispositif de traitements thermiques. L'adjonction de nouveaux modules 6 ou 7 pourra être réalisée sans grande modification structurelle du fait même de la constitution dudit dispositif conforme à l'invention Par ailleurs, à partir d'un certain nombre de modules 6, 7, il pourra également être envisagé de mettre en oeuvre plusieurs portiques de transport 2 et/ou plusieurs chariots manipulateurs 3 afin de maximi- ser les temps d'occupation desdits modules 6, 7 En ou- tre, une hotte aspirante 38 pourra être disposée sur la structure support 1. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sor- tir pour autant du domaine de protection de l'invention. il R E V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif modulaire flexible de traitements thermiques comportant des modules de type four et des modules de type bac de trempe ou de lavage, compatibles entre eux, caractérisé en ce qu'il est principalement constitué, d'une part, par une structure support ( 1) pourvue d'au moins un portique de transport ( 2), d'autre part, par au moins un dispositif ( 3, 4, 5) de chargement et de déchargement des différents modules ( 6, 7) et, en- fin, par un ou plusieurs modules de commande ( 8, 9) con- trôlant le fonctionnement des différents éléments ( 2 à 7) constituant le dispositif modulaire et comportant chacun, le cas échéant, un automate programmable ( 10), chaque module ( 6) de type four pouvant être acheminé, au moyen d'un portique de transport ( 2), d'une position de stationnement, durant le cycle de traitement de sa char- ge ( 11), vers l'un quelconque des modules ( 7) de type bac de trempe ou de lavage, sans aucune interruption dudit cycle de traitement de ladite charge ( 11), et ce, alors que la mise en place de la charge ( 11) suivante à traiter par ledit module ( 6) de type four est en cours de préparation, un ou plusieurs desdits modules ( 6, 7) pouvant, en outre, être simultanément en cours de char- gement ou de restitution de leur charge ( 11). 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les modules ( 7) de type bac de trempe ou de lavage sont disposés côte à côte et de manière alignée dans la structure support ( 1), les modules ( 6) de type four étant disposés d'une façon similaire pa- rallèlement auxdits modules ( 7) de type bac de trempe ou de lavage mais dans un plan horizontal différent. 3 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les modules ( 6) de type four présentent une structure verticale et sont munis d'une ouverture ( 12) sur leur face inférieure, les modules ( 7) de type 12 bac de trempe ou de lavage présentant une ouverture ( 13) correspondante sur leur face supérieure. 4 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que les modules ( 6) de type four comportent, notamment, d'une part, un garnissage intérieur ( 14) en fibres céramiques, doublé d'une enveloppe ( 15) ayant des caractéristiques mécani- ques élevées, d'autre part, une pompe à vide ( 16) pour le changement d'atmosphères contrôlées, et, enfin, une10 turbine de refroidissement ( 17) alimentant des échan- geurs ( 18) débouchant à l'intérieur desdits modules ( 6) de type four. 5 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque module ( 6) de type four comporte, d'une part, une plaque inférieure ( 20) percée munie de plusieurs, préférentiellement trois, pieds tronconiques ( 21) autorisant la sustenta- tion et le maintien dudit module ( 6), en phase de trai- tement, dans sa position de stationnement et, en phase de déchargement, sur le module ( 7) de type bac de trempe ou de lavage correspondant, grâce à des points d'appui ( 22) de forme complémentaire, et, d'autre part, une plaque supérieure ( 23) pourvue d'au moins un, préféren- tiellement trois, points d'ancrage ( 24) pour le portique25 de transport ( 2). 6 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque module ( 6) de type four est muni d'au moins deux connecteurs ( 25, 251), à savoir, au moins un connecteur inférieur ( 25), coopérant avec un connecteur complémentaire correspon- dant ( 26) solidaire de la structure support ( 1) lorsque ledit module ( 6) est en position de stationnement, et, au moins un connecteur supérieur ( 251) pouvant coopérer avec un connecteur complémentaire correspondant ( 26 ')35 monté sur le portique de transport ( 2), dès la prise en compte dudit module ( 6) par ledit portique de transport ( 2). 7 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif ( 3, 4, 5) de chargement et de déchargement est consti- tué, d'une part, par des éléments mobiles d'obturation ( 4) réalisant la mise en place et le maintien de la charge ( 11) dans les modules ( 6) de type four, d'autre part, par des éléments de support mobiles ( 5) disposés dans les modules ( 7) de type bac de trempe ou de lavage permettant d'effectuer le transfert des charges ( 11) des modules ( 6) de type four vers les modules ( 7) de type bac de trempe ou de lavage ainsi que l'égouttage desdi- tes charges ( 11) après trempage ou lavage, et, enfin, par au moins un chariot manipulateur ( 3) réalisant le chargement des éléments mobiles d'obturation ( 4) et le déchargement des éléments de support mobiles ( 5). 8 Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé en ce que les éléments mobiles d'obturation ( 4) se présentent, avantageusement, sous la forme de plaques ( 27) actionnées par des vérins ( 28) et prolongées par des socles tronconiques ( 29), lesdits éléments ( 4) com- portant, en outre, chacun, un joint ( 30) permettant d'isoler de manière étanche l'intérieur du module ( 6) de type four, ainsi que, le cas échéant, une turbine ( 31) de brassage de l'atmosphère contrôlée interne. 9 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 7 et 8, caractérisé en ce que le chariot mani- pulateur ( 3) comporte une table ( 32) de manipulation de la charge ( 11), déplaçable en rotation autour d'un axe vertical (z) et déplaçable en translation suivant le même axe (Z) ainsi que suivant une direction (Y) perpen- diculaire à la direction (X) de déplacement dudit cha- riot manipulateur ( 3). Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 7 à 9, caractérisé en ce que les éléments mobiles d'obturation ( 4) ainsi que les éléments de support mobiles ( 5) sont pourvus, sur leur face supé- rieure, de plots d'appui ( 33) des charges ( 11). 11 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 10, caractérisé en ce que chaque module ( 6) de type four présente des crochets ( 34) pivotants disposés à proximité de l'ouverture inférieure ( 12) du- dit module ( 6) et permettant de maintenir une charge ( 11) à l'intérieur dudit module ( 6). 12 Dispositif selon la revendication 11, ca- ractérisé en ce que les crochets ( 34) sont installés sur une plaque support ( 35) fixée de manière amovible sur la plaque inférieure ( 20). 13 Installation selon l'une quelconque des re- vendications 11 et 12, caractérisée en ce que les élé- ments mobiles d'obturation ( 4) sont pourvus d'ergots ( 36) permettant de faire basculer les crochets ( 34) d'une position effacée vers une position rétentrice con- tre leur socle tronconique ( 29), les éléments support mobiles ( 5) comportant des taquets latéraux ( 37) repous- sant lesdits crochets ( 34) dans leur position effacée, lors de la prise en compte des charges ( 11) par lesdits éléments de support mobiles ( 5).