Brevet FR2793311A1 — publié le 20001110

Domaine de l'invention L'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 de support de pièces dans un four de cémentation. Arrière-plan de l'invention Dans le domaine précité, les outillages les plus couramment utilisés sont métalliques. Ils présentent les principaux inconvénients suivants : -ils se cémentent et deviennent rapidement cassants, ce qui peut entraîner de graves désordres dans les fours ; -ils doivent tre massifs pour éviter des déformations trop importantes sous charge, déformations qui à leur tour pourraient entraîner des déformations des pièces supportées, nécessitant une rectification ultérieure et, par conséquent, une perte d'épaisseur de la couche cémentée ; -des outillages massifs rendent plus difficiles les échanges gazeux et diminuent le rendement de chargement, c'est-à-dire la part de volume utile occupée par les pièces à traiter ; -les chocs thermiques violents peuvent entraîner des déformations et ruptures du métal ; et -les inévitables variations dimensionnelles d'origine thermique rendent impossible la robotisation des opérations de chargement et de déchargement des pièces et de manutention de l'outillage, en raison d'un défaut rédhibitoire de précision de position. II est déjà connu, notamment du document EP 0 518 746-A, 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 tre prévues en étant espacées les unes des autres par des entretoises réalisées également en un matériau composite thermostructural. Le matériau composite utilisé est un matériau composite carbone-carbone (C-C) ou un matériau composite à matrice céramique (CMC). Toutefois, ce dispositif de chargement connu ne s'avère pas adapté pour réaliser un chargement optimal, comme cela peut tre souhaité lorsqu'un nombre relativement élevé de pièces identiques doivent tre traitées. En outre, ce dispositif ne se prte pas à la robotisation des opérations de chargement et de déchargement des pièces. Obiet et résumé de l'invention La présente invention a pour objet de remédier aux inconvé- nients précités des dispositifs de l'art antérieur et propose à cet effet un dispositif de chargement réalisé essentiellement en matériau composite thermostructural comportant : un socle, une cloison s'élevant au-dessus du socle et comprenant, par exemple, des montants entre lesquels s'étendent des traverses, et une pluralité de bras de support fixés à la cloison et s'étendant sensiblement horizontalement à partir de celle-ci jusqu'à leurs extrémités libres, de sorte que des pièces à traiter peuvent tre supportées en porte-à-faux par lesdits bras. Le dispositif de chargement, du fait de sa réalisation en matériau composite thermostructural et de la présence de bras horizontaux ayant une extrémité libre, offre la précision de position et l'accessi- bilité requises pour une robotisation des opérations de chargement et déchargement des pièces à traiter. En effet, les matériaux composites thermostructuraux tels que les composites C-C et les CMC se caractérisent par leur stabilité dimensionnelle et leur résistance à la flexion, celle-ci autorisant le chargement des pièces en porte-à-faux. En outre, un tel dispositif peut tre réalisé de façon légère et aérée, tout en offrant une grande capacité de remplissage. II est donc facile à manipuler, offre une grande capacité d'échanges avec les pièces à traiter, notamment lors d'opérations de cémentation ou de trempe, et présente un rendement élevé de chargement. De plus encore, sa réalisation permet une construction modulaire qui rend le dispositif de chargement facilement adaptable à différentes dimensions de pièces et à différentes installations de traitement thermique à partir d'éléments de base standards. Selon une particularité du dispositif de chargement, des pions peuvent tre montés sur les bras de support pour matérialiser des emplacements de pièces à traiter. Celles-ci pourront tre enfilées ou accrochées sur les bras de support, lorsqu'elles présentent un passage interne, ou pourront tre suspendues en s'appuyant sur deux bras voisins. Selon une autre particularité du dispositif de chargement, les bras de support sont formés par des barreaux qui s'étendent chacun de part et d'autre de la cloison en formant deux bras opposés. On peut alors réaliser un chargement symétrique et équilibré des deux côtés de la cloison. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise 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 schématique en perspective d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de chargement conforme à l'invention ; -la figure 2 est une vue éclatée montrant une partie des éléments du dispositif de chargement de la figure 1 avant leur assemblage mutuel ; et -la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de chargement conforme à l'invention. Description détaillée de modes de réalisation Dans la description qui suit, il est fait référence à des dispositifs de chargement pour pièces métalliques à cémenter. L'invention n'est pas limitée à une telle application et englobe plus généralement le chargement de pièces, métalliques ou non, devant subir un traitement thermique. Le dispositif de chargement 10 de la figure 1 convient en particulier pour le support de pièces annulaires A, telles que des pignons de boîtes de vitesses. Seules quelques pièces A sont montrées sur la figure 1. Le dispositif comprend (figures 1 et 2) une structure de support formée essentiellement d'un socle ou semelle 12, d'une cloison verticale 14 supportée par le socle 12, dans la partie médiane de celui-ci, de goussets de renfort latéraux 16,18 et de bras de support horizontaux 20. La cloison centrale 14 comprend des montants latéraux 140,142 entre lesquels s'étendent des traverses horizontales 144. Les bras de support 20 sont formés par des barreaux 22 qui, dans leur partie centrale, sont supportés par les traverses 144. Les barreaux 22 s'étendent de part et d'autre de la cloison 14, formant chacun deux bras opposés. A leur extrémité éloignée de la cloison 14, les bras 20 sont libres. Les éléments ci-dessus constitutifs de la structure de support sont réalisés en un 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 tre obtenue par voie liquide, c'est-à-dire par imprégnation de la préforme au moyen d'une composition liquide (telle qu'une résine) précurseur de carbone et traitement thermique pour transformer le précur- seur 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 fibreuse 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 tre obtenue par voie liquide ou par infiltration chimique en phase vapeur. Un avantage des matériaux composites thermostructuraux réside dans leurs excellentes propriétés mécaniques, notamment leur tenue en flexion. II est par conséquent possible de supporter les pièces annulaires A en les enfilant sur des bras 20 à partir de leurs extrémités libres, les pièces A reposant en porte-à-faux, sans induire de flexion des bras. Avantageusement, t'ensemble du chargement est équilibré en répartissant les pièces également de chaque côté de la cloison 14. Un autre avantage des matériaux composites thermostructuraux réside dans leur grande stabilité dimensionnelle, mme lorsqu'ils sont exposés à de fortes variations de température. Cela permet de conserver pour les bras de support 20 des références de position pratiquement invariables et donc d'avoir la précision requise pour la robotisation des opérations de chargement et de déchargement. Le mode de support des pièces A sur les bras 20 permet en outre de rendre cette robotisation aisée. La réalisation du dispositif de chargement avec des bras 20 s'étendant de chaque côté de la cloison 14, avantageusement de façon symétrique par rapport à celle-ci, permet en outre de réaliser le chargement et le déchargement simultanément et symétriquement des deux côtés de la cloison. II en résulte un important gain de temps pour la réalisation de ces opérations. On notera que les pièces A pourront tre placées sur les bras 20 côte à côte ou en des emplacements prédéterminés, ceux-ci étant par exemple matérialisés par des encoches formées sur les bras. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 2, les montants 140,142 ont des parties d'extrémité 140a, 142a qui s'engagent dans des logements correspondants 12a, 12b formés dans le socle 12, tandis que les traverses 144 ont des parties d'extrémité 144a, 144b qui s'engagent dans des logements, tels que 142c, formés dans les montants 140,142. De tels logements 142c peuvent tre prévus à intervalles réguliers le long des montants 140,142 afin de monter les traverses 144 avec un intervalle déterminé en fonction de l'encombrement des pièces A en direction verticale. Les goussets 16,18 présentent des tenons 16a, 18a le long de leurs bords inférieurs qui s'engagent dans des logements correspondants 12~, 12d formés dans le socle 12. Les montants 140, 142 s'appuient sur les goussets 16,18 par des décrochements 140d, 142d formés le long de leurs bords extérieurs. Chaque barreau 22 présente dans sa partie centrale une encoche 22a qui coopère avec une encoche 144c formée dans une traverse 144 afin de réaliser un encastrement du barreau sur la traverse. Chaque traverse présente des encoches 144e réparties sur sa longueur afin de monter des barreaux 22 sur une mme traverse avec un intervalle déterminé en fonction de l'encombrement des pièces A en direction horizontale. Le caractère modulaire de la structure de support peut tre complété en réalisant chaque montant 140,142 non pas en une seule pièce, mais en plusieurs pièces assemblées bout à bout. La figure 1 montre que le dispositif de chargement possède une très grande capacité de remplissage tout en présentant une structure légère et aérée, des évidements pouvant tre pratiqués dans des éléments de la structure tel que le socle 12 et les goussets 16,18. La manutention du dispositif de chargement complet est donc aisée. En outre, lorsque le traitement thermique comprend la diffusion de gaz au contact des pièces, les échanges gazeux avec les pièces sont facilités. Le dispositif de chargement de la figure 3 se distingue de celui de la figure 1 en ce qu'il est plus particulièrement destiné au support de pièces pleines allongées, telles que des arbres B qui sont disposés verticalement (sur la figure 3, des pièces B sont montrées seulement sur un côté du dispositif de chargement). En outre, les emplacements des pièces B sont matérialisés par des pions 26 sur lesquels les pièces reposent. La construction de la structure de renfort est identique à celle de la figure 1, avec le socle 12 support de la cloison centrale 14 sur laquelle sont montés les barreaux 22 formant les bras horizontaux 20 ayant leurs extrémités libres. Le nombre des traverses 144 de la cloison centrale, entre les montants 140,142, et l'espacement entre les traverses sont déterminés en fonction de l'encombrement vertical des pièces B. L'espacement mutuel entre les bras 20 est déterminé en fonction de l'encombrement horizontal des pièces B. On remarque en effet que chaque pièce B repose par un épaulement sur deux pions 26 portés par des bras adjacents 20 en des mmes emplacements sur ces bras, chaque pièce étant introduite pour son chargement dans l'intervalle entre deux bras. Les pions 26 sont répartis le long de chaque bras avec un espacement mutuel fonction de l'encombrement horizontal des pièces B, en direction parallèle aux bras 20. Les pions 26 peuvent tre réalisés en un matériau composite thermostructural, par exemple le mme que celui des autres éléments de la structure de support, ou en un matériau métallique réfractaire. Les pions 26 peuvent tre en forme de crampons simplement montés légèrement à force sur les bras 20, sans collage. Bien que l'on ait montré, figures 1 et 3, des dispositifs de chargement supportant chacun des pièces identiques, il va de soi que des pièces de formes différentes pourront tre disposées sur un mme dispositif de chargement. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chargement pour le support de pièces à traiter thermiquement, ledit dispositif étant réalisé essentiellement en matériau composite thermostructural et étant caractérisé en ce qu'il : -un socle (12) -une cloison (14) s'élevant au-dessus du socle, et -une pluralité de bras de support (20) fixés à la cloison et s'étendant sensiblement horizontalement à partir de celle-ci jusqu'à leurs extrémités libres, -de sorte que les pièces à traiter (A ; B) peuvent tre supportées en porte-à-faux par lesdits bras. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des pions (26) montés sur les bras (20) pour matéria- liser des emplacements de support de pièces (B) 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la cloison (14) comprend des montants (140,142) entre lesquels s'étendent des traverses. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les bras de support (20) sont formés par des barreaux (22) qui s'étendent chacun de part et d'autre de la cloison en formant deux bras opposés. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bras de support (20) sont disposés symétriquement par rapport à la cloison (14), de sorte que le chargement et le déchargement de pièces peut tre réalisé de façon symétrique des deux côtés de la cloison. 6. Dispositif selon les revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les barreaux (22) sont encastrés sur les traverses (144) de la cloison.