Brevet FR2772467A1 — publié le 19990618

La présente invention concerne un dispositif de chargement, ou outillage, destiné à supporter des pièces dans un four de traitement thermique. Un domaine particulier, mais non exclusif, d'application de l'invention est celui des outillages pour le support de pièces à traiter dans un four de cémentation. Dans ce domaine, les outillages les plus couramment utilisés sont métalliques. ns présentent deux principaux inconvénients : - ils se cémentent et deviennent rapidement cassants, ce qui peut entraîner de graves désordres dans les fours, - ils se déforment sous l'effet de la chaleur, ce qui entraîne : une déformation des pièces qui peut requérir une rectification ultérieure avec, par conséquent, une perte d'épaisseur de la couche cémentée; l'impossibilité d'une robotisation des opérations de chargement et de déchargement en raison d'un défaut de précision de position; et des difficultés possibles pour l'introduction des outillages déformés dans des cellules de trempe. Il est déjà connu, notamment du document EP-A-0 518 746, d'utiliser un matériau composite thermostructural, à la place d'un matériau métallique, pour réaliser des soles de fours de traitement thermique. Plusieurs soles peuvent être prévues, espacées les unes des autres par des entretoises réalisées également en matériau composite thermostructural. Le matériau composite utilisé est un matériau composite carbone/carbone (C/C) ou un matériau composite à matrice céramique (CMC) dont les propriétés mécaniques les rendent aptes à constituer des éléments de structure et qui conservent ces propriétés jusqu'à des températures élevées. Toutefois, le dispositif de chargement décrit dans le document EP-A0 518 746 ne s'avère pas adapté pour réaliser un chargement optimal, comme cela peut être souhaité lorsqu'un nombre relativement élevé de pièces identiques doivent être traitées. En outre, ce dispositif connu ne se prête pas à la robotisation des opérations de chargement et déchargement des pièces. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités des dispositifs de l'art antérieur et propose à cet effet un dispositif de chargement réalisé en matériau composite thermostructural et comprenant : une embase ; un mât de charge solidaire de l'embase, faisant saillie d'une partie centrale de l'embase, et s'étendant sur au moins toute la hauteur du dispositif de chargement; une pluralité de plateaux de chargement munis d'un passage central pour permettre le passage du mât de charge ; chaque plateau de chargement portant plusieurs colonnettes permettant le montage successif des plateaux à intervalles prédéterminés, les colonnettes portées par chaque plateau étant en même nombre et étant alignées de façon à constituer, après le montage des plateaux, des colonnes de reprise de charge s'étendant sur la hauteur du dispositif de chargement, et au moins l'une des colonnettes portées par chaque plateau ayant une disposition et/ou une dimension différente de celle des autres colonnettes portées par le même plateau afin de permettre une indexation des plateaux lors de leur montage. Le dispositif de chargement, du fait de sa réalisation en matériau composite thermostructural, et de la présence de moyens d'indexation des plateaux, permet de satisfaire les conditions de stabilité dimensionnelle et précision requises pour une robotisation des opérations de chargement et de déchargement de pièces à traiter. Avantageusement, chaque plateau présente des moyens de positionnement de pièces en des emplacements prédéterminés. Selon un mode de réalisation, le dispositif de chargement comprend des premiers plateaux sur lesquels les moyens de positionnement de pièces occupent une première position par rapport aux colonnettes, et des deuxièmes plateaux sur lesquels les moyens de positionnement de pièces occupent une deuxième position, différente de la première, par rapport aux colonnettes. Ces premiers plateaux alternent avec les deuxièmes plateaux, de sorte que les moyens de positionnement de pièces ne sont pas tous alignés verticalement. Chaque plateau présente des moyens de réception de colonnettes aptes à recevoir des extrémités de colonnettes portées par un plateau situé au-dessous. Sur chaque plateau, une colonnette au moins a une disposition par rapport à l'axe du mât différente de celle des autres colonnettes et une colonnette au moins a une dimension différente par rapport aux autres colonnettes, de sorte que deux plateaux identiques ne peuvent être montés l'un immédiatement au-dessus de l'autre et que les plateaux ne peuvent être montés que dans les positions angulaires requises autour de l'axe du mât. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de positionnement peuvent comprendre au moins une partie des colonnettes. Chaque plateau présente des moyens de réception de colonnettes aptes à recevoir des extrémités de colonnettes portées par un plateau situé au-dessous. Sur chaque plateau, au moins une colonnette a une disposition par rapport à l'axe du mât différente de celle des autres colonnettes, et/ou une dimension différente de celle des autres colonnettes, de sorte que les plateaux ne peuvent être montés que dans des positions angulaires prédéterminées par rapport à l'axe du mât. Les colonnettes faisant saillie de l'embase et des plateaux peuvent être sous forme d'éléments indépendants ou, de préférence, sous forme d'éléments solidaires de l'embase ou du plateau qui les porte. D'autres particularités et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de chargement conforme à l'invention ; et - la figure 2 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de chargement conforme à l'invention. Le dispositif de chargement, ou outillage, illustré partiellement par la figure 1 est destiné au chargement d'un ensemble de pièces identiques, par exemple des pignons en acier 10 (schématisés par des anneaux) pour des véhicules automobiles, afin de leur faire subir un traitement de cémentation dans un four. Le dispositif de chargement comprend une embase horizontale 20, du centre de laquelle fait saillie un mât de charge vertical 30 et une pluralité de plateaux horizontaux 40 espacés le long du mât 30 et séparés les uns des autres au moyen de colonnettes 50 formant entretoises. L'embase 20, qui supporte l'ensemble du chargement, a une forme circulaire et est munie d'ouvertures 21 qui permettent de l'alléger et de faciliter la circulation de gaz. Le mât de charge 30 est terminé à son extrémité libre par une tête de préhension 31 reliée au reste du mât par une partie de diamètre réduit 32 formant une gorge, la tête 31 permettant la préhension de l'ensemble du chargement par un outil ou engin de manipulation automatique. Les plateaux 40 (non tous représentés), d'épaisseur sensiblement moindre que celle de l'embase 20, s'inscrivent dans un contour circulaire ayant sensiblement même diamètre que l'embase. Chaque plateau présente un passage central 41, pour le passage du mât 30, et des ouvertures 42. Ces dernières réalisent un ajourage du plateau, diminuant sa masse et son inertie thermique, et favorisent la circulation de gaz sur toute la hauteur de l'empilement. Toutefois, lorsque les plateaux sont en place, les ouvertures 42 des plateaux ne sont pas exactement alignées afin d'éviter un effet de "cheminée" pour la circulation des gaz. Les pièces 10 à traiter (non toutes représentées) sont disposées sur chaque plateau en des emplacements prédéterminés. A cet effet, des groupes de pions 45 sont montés dans des orifices formés dans les plateaux. Dans chaque groupe, les pions 45, par exemple au nombre de trois, s'inscrivent à l'intérieur de la circonférence interne d'une pièce 10. Les colonnettes 50 (non toutes représentées) sont portées par l'embase et chaque plateau, et solidaires de ceux-ci, par exemple par collage et/ou insertion de leur extrémité inférieure dans des orifices formés dans l'embase ou chaque plateau. A leurs extrémités supérieures, les colonnettes 50 sont terminées par une partie cylindrique, ou tête, 51 de diamètre réduit qui s'engage dans un orifice de diamètre correspondant formé dans le plateau immédiatement supérieur, cet engagement étant facilité par la forme tronconique donnée aux têtes 51 à leurs extrémités supérieures. Dans l'exemple illustré, I'embase et chaque plateau portent 4 colonnettes réparties à intervalles angulaires réguliers autour de l'axe, mais leur nombre pourrait être différent, tout en étant au minimum égal à 3. Les colonnettes portées par l'embase peuvent être de hauteur réduite, lorsque l'embase ne présente pas de moyens de support de pièce. En variante, il est envisageable de munir l'embase de moyens de support de pièces et de colonnettes, de la même façon que les plateaux 40Ù, lorsque le premier plateau monté sur l'embase est un plateau 40a, ou inversement, I'embase constituant alors un plateau de chargement. Les plateaux sont de deux types 40, 40b disposés de façon alternée. Ils diffèrent les uns des autres par la position des supports de pièces relativement aux colonnettes. Ainsi, dans l'exemple illustré, les plateaux 40a présentent huit supports de pièces disposés à intervalles réguliers autour de l'axe du plateau, chaque support de pièce étant sur un rayon faisant un angle de 7t/8 avec le rayon sur lequel se trouve la colonnette la plus proche. Par contre, les plateaux 40h présentent huit supports de pièces disposés à intervalles réguliers autour de l'axe du plateau, chaque support de pièce étant sur un rayon faisant un angle de 0 ou 7c/4 avec le rayon sur lequel se trouve la colonnette la plus proche. Des moyens de détrompage et d'indexation permettent de monter les plateaux au moyen de robots en respectant l'ordre voulu (40in 40k, 40in, 40t,...) à partir de l'embase et en respectant la position angulaire voulue autour de l'axe du mât 30. Comme moyen de détrompage, on peut conférer à l'une au moins des têtes de colonnettes un diamètre différent de celui des autres têtes de colonnettes portées par le même plateau ou embase. Dans l'exemple illustré, deux colonnettes opposées 501, 502 portées par un plateau 40a ont des têtes de diamètre supérieur à celui des têtes des autres colonnettes 503, 504, tandis qu'inversement les deux colonnettes opposées SQ, 502 portées par l'embase ou un plateau 40k ont des têtes de diamètre inférieur à celui des têtes des autres colonnettes 503, 504. En conférant aux orifices des plateaux 40a des diamètres correspondant aux têtes des colonnettes portées par l'embase et les plateaux 40k et, inversement, en conférant aux orifices des plateaux 40k des diamètres correspondant aux têtes des colonnettes portées par les plateaux 40a, on fait donc en sorte de rendre impossible le montage de deux plateaux 40a ou deux plateaux 40k l'un immédiatement audessus de l'autre. Comme moyen d'indexation angulaire, on peut donner à l'une au moins des colonnettes portées par chaque plateau ou l'embase une position différente de celle des autres colonnettes portées par le même plateau ou embase, par exemple en disposant les colonnettes aux sommets d'un polygone non régulier. Dans l'exemple illustré, I'une (50,) des colonnettes est située à une distance de l'axe du mât 30 supérieure à la distance à laquelle sont situées les autres colonnettes. Le chargement est constitué en montant les plateaux 40a, 40b successivement sur l'embase et, à chaque fois qu'un plateau est monté, à le garnir de pièces 10 en disposant celles-ci autour de chaque groupe de pions 45. En variante, les plateaux pourront être garnis de pièces 10 avant leur montage. Les emplacements des pièces, l'ordre de montage des plateaux et la position angulaire de ceux-ci étant prédéterminés, le chargement peut être constitué automatiquement par robot, ainsi que le déchargement des pièces traitées. Dans le cas d'un chargement et d'un déchargement robotisés, il est préférable que le premier et le dernier plateau de l'ensemble monté sur l'embase soient du même type, par exemple 40a, comme dans l'exemple illustré. De la sorte, dans le cas où les plateaux doivent être transférés un à un d'une première embase à une deuxième, le premier plateau prélevé est aussi le premier réinstallé. Le nombre total de plateaux est donc impair. Les positions angulaires des plateaux sont telles que l'ensemble des colonnettes portées par l'embase et chaque plateau est dans une même disposition, de sorte que les colonnettes se trouvent alignées, et forment des colonnes s 'étendant sur toute la hauteur du chargement. Chaque plateau n'a alors qu'à supporter sa propre charge (et non aussi celle des plateaux situés au-dessus), de sorte que les plateaux peuvent avoir une même épaisseur inférieure à celle de l'embase. Contrairement aux colonnettes, les supports de pièces ne sont alors pas alignés verticalement, étant décalés angulairement de suc/8 entre deux plateaux successifs. De la sorte, les pièces à traiter sont mieux réparties dans le four et la formation de courants gazeux susceptibles d'entraîner un traitement inhomogène des pièces est évitée. La stabilité dimensionnelle des principaux éléments constitutifs du dispositif de chargement (embase 20, mât 30, plateaux 40, colonnettes 50), nécessaire pour obtenir la précision requise en vue de la robotisation du chargement et du déchargement, est obtenue en réalisant ces éléments en matériau composite thermostructural. Les matériaux composites utilisables sont les matériaux composites carbone/carbone (C/C) et les matériaux composites à matrice céramique (CMC). Les composites C/C sont obtenus par réalisation d'une préforme fibreuse en fibres de carbone et densification de la préforme par formation d'une matrice carbone au sein de sa porosité. La matrice carbone peut être obtenue par voie liquide, c'est-àdire par imprégnation de la préforme au moyen d'une composition liquide (telle qu'une résine) précurseur de carbone et traitement thermique pour transformer le précurseur en carbone, ou par voie gazeuse, c'est-à-dire par infiltration chimique en phase vapeur. Les CMC sont obtenus par réalisation d'une préforme fibres en fibres réfractaires, par exemple en fibres de carbone ou de céramique, et densification de la préforme par formation d'une matrice céramique au sein de sa porosité. De façon bien connue, la matrice céramique, par exemple en carbure de silicium (SiC) peut être obtenue par voie liquide ou par infiltration chimique en phase vapeur. Afin d'éviter un collage entre les parties en contact de chaque plateau et des colonnettes qui les supportent, les surfaces de ces parties en contact peuvent être revêtues d'un feuillard métallique ou munies d'un revêtement anti-adhésif, par exemple en nitrure de bore (BN). Le revêtement BN peut être obtenu par dépôt chimique en phase vapeur, les parties de surface ne devant pas être revêtues étant masquées. Les pions 25 constituant les supports de pièces peuvent être réalisés en métal, par exemple en acier. Ils sont avantageusement sertis à froid dans leurs logements. Les pions peuvent être revêtus de cuivre, par exemple par cuivrage électrolytique afin d'éviter un collage avec les pièces en acier à traiter. La figure 2 illustre un autre mode de réalisation d'un dispositif de chargement conforme à l'invention, plus particulièrement destiné au support de pièces 110 de révolution de forme allongée, telles que des arbres de transmission creux en acier pour véhicules automobiles, afin de leur faire subir un traitement de cémentation dans un four. De façon similaire au mode de réalisation précédent, on retrouve une embase 120 du centre de laquelle fait saillie un mât vertical 130 terminé à son extrémité libre par une tête de préhension 131. Des plateaux horizontaux 140 (non tous représentés) sont montés à intervalles prédéterminés autour du mât 130 en étant espacés les uns des autres au moyen de colonnettes 150 (non toutes représentées) formant également des supports pour les pièces 110 (non toutes représentées). Les colonnettes 150 sont sous forme de tiges indépendantes qui sont enfichées à leur base dans des orifices formés dans le plateau qui les supporte et dont l'extrémité libre tronconique s'engage dans une douille 143 formée sous un plateau supérieur. Dans l'exemple illustré, les plateaux 140 sont de deux types 140i, 140k disposés alternativement dans deux positions angulaires différentes par rapport à l'axe du mât 130 qui passe à travers des passages centraux 141 des plateaux, le nombre total de plateaux étant de préférence impair, comme dans le premier mode de réalisation. En outre, chaque colonnette 150, avec une pièce 110 engagée sur celle, s'étend entre deux plateaux occupant une même position angulaire (par exemple deux plateaux 140a), en passant à travers des ouvertures ou découpes 142 formées dans le plateau (14012) décalé angulairement et situé entre ces deux plateaux (140a). Ainsi, chaque colonnette s'étend sur une hauteur égale sensiblement au double de la distance entre plateaux consécutifs, ce qui permet de supporter des pièces de longueur relativement grande, tout en optimisant le chargement. Il pourra être envisagé d'utiliser des colonnettes s'étendant entre deux plateaux entre lesquels sont disposés un nombre n de plateaux. Les plateaux sont alors répartis en un nombre de groupes différents égal à n, les plateaux d'un même groupe occupant une même position angulaire particulière différente de celle des autres groupes. L'embase et le plateau inférieur 140a portent des colonnettes particulières 151 qui permettent de supporter respectivement le plateau inférieur 140a et le plateau inférieur 140b dans des positions angulaires voulues. Les dispositions des colonnettes 150 (et des douilles 143) portées par un plateau î40a ou 140k sont différentes, notamment par rapport à l'axe du mât 130, de façon à imposer la position angulaire du plateau de même type situé audessus. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chargement pour le support de pièces à traiter thermiquement dans un four, ledit dispositif étant réalisé en matériau composite thermostructural et comportant plusieurs plateaux espacés les uns des autres au moyen de colonnettes formant entretoises, caractérisé en ce qu'il comprend : une embase (20; 120); un mât de charge (30; 130) solidaire de l'embase, faisant saillie d'une partie centrale de l'embase, et s'étendant sur au moins toute la hauteur du dispositif de chargement une pluralité de plateaux de chargement (40 ;140) munis d'un passage central pour permettre le passage du mât de charge; chaque plateau de chargement portant plusieurs colonnettes (50 ; 150, 151) permettant le montage successif des plateaux à intervalles prédéterminés, les colonnettes portées par chaque plateau étant en même nombre et étant alignées de façon à constituer, après le montage des plateaux, des colonnes de reprise de charge s'étendant sur la hauteur du dispositif de chargement, et au moins l'une des colonnettes portées par chaque plateau ayant une disposition et/ou une dimension différente de celle des autres colonnettes portées par le même plateau afin de permettre une indexation des plateaux lors de leur montage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque plateau (40; 140) comporte des moyens de réception de colonnettes (50) aptes à recevoir les extrémités des colonnettes portées par un plateau situé en dessous. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque plateau (40; 140) présente des moyens (45 ; 150) de positionnement dc pièces en des emplacements prédéterminés. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de chargement comprend des premiers plateaux (40a) sur lesquels les moyens de positionnement de pièces occupent une première position par rapport aux colonnettes (50), et des deuxièmes plateaux (40k) sur lesquels les moyens de positionnement de pièces occupent une deuxième position, différente de la première, par rapport aux colonnettes, et en ce que les premiers plateaux alternent avec les deuxièmes plateaux, de sorte que les moyens de positionnement de pièces ne sont pas tous alignés verticalement. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, sur chaque plateau, une colonnette au moins a une disposition par rapport à l'axe du mât différente de celui des autres colonnettes et une colonnette au moins a une dimension différente par rapport aux autres colonnettes, de sorte que deux plateaux identiques ne peuvent être montés l'un immédiatement au-dessus de l'autre et que les plateaux ne peuvent être montés que dans les positions angulaires requises autour de l'axe du mât. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de positionnement comprennent au moins une partie des colonnettes (150). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les colonnettes (50; 150, 151) sont solidaires du plateau qui les porte. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que, sur chaque plateau, au moins une colonnette a une disposition par rapport à l'axe du mât différente de celle des autres colonnettes, et/ou une dimension différente de celle des autres colonnettes, de sorte que les plateaux identiques ne peuvent être montés que dans des positions angulaires prédéterminées par rapport à l'axe du mât. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de chargement comporte un nombre impair de plateaux. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les colonnettes portées par l'embase et par chaque plateau sont situées aux sommets d'un polygone non régulier. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que chaque colonnette portée par chaque plateau présente à son extrémité une partie destinée à s'cngager dans un logement correspondant d'un plateau supérieur. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'une au moins des colonnettes portées par chaque plateau présente, à son extrémité, une partie de dimension réduite différente de celle des parties de dimension réduite présentes aux extrémités des autres colonnettes portées le même plateau. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les colonnettes (150) s'étendent entre deux plateaux (140) entre lesquels sont disposés un ou plusieurs plateaux, les plateaux formant plusieurs groupes dans chacun desquels ils occupent une même position angulaire différente de celle des autres groupes. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'embase constitue un plateau de chargement.