Brevet FR2909021A1 — publié le 20080530

- 1 - Plusieurs solutions ont déjà été proposées pour réaliser ces opérations, par exemple le brevet EP1.165.284.B1, adapte une solution utilisée pour le frettage et le défrettage de bagues, brevet français FR1524221 et améliorée dans le brevet JP49100434. Le brevet EP1.165.284.B1, propose ainsi d'éviter l'échauffement de l'outil dû au champ de fuite à l'aide d'un écran réalisé avec un matériau magnéto-diélectrique. Cette solution présente plusieurs inconvénients : -elle nécessite un contact entre une pièce chaude, le cône porte outil (2) pouvant atteindre 200 C et le matériau magnéto-diélectrique. Ces matériaux supportent mal les températures élevées, dégradation des caractéristiques magnétiques, baisse de l'induction de saturation avec la température, et destruction du liant pour les produits utilisant des poudres de fer comprimées les matériaux magnéto-diélectriques sont fragiles . en effet il s'agit soit de céramique comme la ferrite sensible au choc soit de poudre de fer comprimé avec un liant se désagrégeant lors d'une utilisation trop intensive cette solution ne permet pas d'optimiser la répartition de puissance dans la surface du cône (2) et peut créer des points de surchauffe du cône allant jusqu'à la modification des propriétés mécaniques et à la perte de fonctionnalités de cette pièce La solution présentée ici, permet d'éviter l'échauffement de l'outil par le champ de fuite à l'aide d'un matériau métallique (6) très conducteur comme le cuivre et donc résistant à la chaleur et aux chocs. De plus, il est possible d'optimiser la répartition de puissance le long du cône en utilisant des concentrateurs de champs (3) dont la fonction est découplée de la fonction écrantage de l'outil assurée par la pièce métallique. 2909021 - 2 - Détail de l'invention La figure 1 représente un dessin d'ensemble de l'invention et de son application. 5 Le cône support (2) est chauffé par induction. La différence de température entre l'outil (1) et le cône crée une dilatation différentielle qui permet d'effectuer le défrettage même si les matériaux ont le même 10 coefficient de dilatation. Cette différence de température s'explique par le temps Td que la chaleur met pour diffuser de la surface du cône chauffé par induction à l'outil. Au-delà de ce temps, l'outil chauffe et la différence de dilatation n'est plus suffisante pour 15 permettre le défrettage. Il faut que la température ait atteint une valeur de l'ordre de 150 C-200 C au demirayon du cône avant le temps Td pour créer un jeu suffisant pour réaliser l'opération de défrettage. Pour pouvoir défretter, il faut donc que l'outil ne soit chauffé ni par 20 le champ électromagnétique de fuite comme expliqué dans le brevet EP1.165.284.B1, ni par conduction thermique comme expliqué ci-dessus. Pour effectuer l'opération de défrettage de façon optimale, il est donc nécessaire de chauffer uniformément et rapidement le cône et de ne pas 25 chauffer la partie externe de l'outil. 1 ) Ecrantage de l'outil Celui-ci est réalisé à l'aide d'une pièce en matériau très bon conducteur de l'électricité comme le cuivre, placée au 30 voisinage de la surface annulaire (2b) du cône (2). Les pertes dans ce matériau sont proportionnelles à ,j,u•p où p est la perméabilité relative et p la résistivité, elles sont donc au moins 30 fois inférieures à celles dans l'acier. L'écran électromagnétique (6) a une symétrie 35 circulaire, une épaisseur d'au moins 0.8 à 1.5mm selon la fréquence de travail du générateur induction, une hauteur de 5 à 15mm et est percé en son centre pour permettre le passage de l'outil. 2909021 3 Il présente éventuellement un dégagement (6b) facilitant la prise de l'outil, sa base (6a) a le diamètre le plus petit possible permettant de respecter les contraintes ci-dessus, sa partie supérieure pouvant avoir une 5 surépaisseur pour limiter son échauffement. Le diamètre intérieur sera réduit, de façon à assurer un jeu fonctionnel avec l'outil. Les résultats de simulation montrent que les lignes de 10 champs sont repoussées par l'écran ci-dessus. Figure 2 : lignes de champs sans écran électromagnétique : environ 6% de la puissance est injectée dans l'outil Figure 3 : lignes de champs avec écran électromagnétique comme décrit ci-dessus : seulement 0.1% de la puissance 15 totale est injectée dans l'outil. 2 ) Amélioration de la répartition de la puissance surfacique L'outil peut être chauffé comme décrit ci-dessus par le 20 champ de fuite de l'inducteur mais aussi par conduction lorsqu'il est fretté dans le cône support (2). En effet si au bout du temps Td, la température permettant le défrettage n'a pas été atteinte sur la totalité de la longueur frettée, alors l'outil se met à chauffer et le 25 défrettage devient impossible. Une des solutions consiste à augmenter la puissance avec comme conséquence la création de zones très chaudes dans le cône pouvant conduire à sa détérioration. 30 Dans la simulation figure 4, on représente le champ tangentiel Ht, qui est lui-même une image de la racine de la puissance injectée dans le cône. Ces résultats sont obtenus avec le cône (2) et l'écran électromagnétique (3). En abscisse le 0 correspond au sommet du cône (2) et la 35 courbe supérieure correspond au champ tangentiel. Il y a approximativement un rapport 2 entre la densité de puissance injectée au sommet du cône et la densité de puissance injectée à 25mm de son sommet. 2909021 - 4 La même simulation avec des concentrateurs de champs (ou des tôles feuilletées) judicieusement placés permet d'obtenir un champ Ht donc une densité de puissance pratiquement constante (figure 5). La zone froide au 5 sommet du cône qui gardait l'outil serré est supprimée. Pour être efficace, la face supérieure des concentrateurs de champs (3b) doit être positionnée au dessus de la face supérieure de l'inducteur (5). Idéalement la face 10 inférieure doit présenter une forme concave (3a). 3 ) Une autre façon de supprimer cette zone froide consiste à utiliser un inducteur multi zones, composé au moins de 2 zones et commandées séparément. La répartition 15 de la puissance injectée dans le cône peut alors être ajustée en fonction du type de cône. Pour limiter le bruit, les différentes zones de l'inducteur peuvent être commandées à la même fréquence, mais avec une modulation PWM tout ou rien fonctionnant à une fréquence de l'ordre 20 de 1Hz à 1kHz. 25 30 35 REVENDICATIONS 1 ) Appareil de chauffage par induction, destiné au frettage et défrettage d'outils, caractérisé en ce que l'outil est protégé des effets du champ électromagnétique par un blindage dans un matériau très bon conducteur de l'électricité. 2 ) Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le conducteur électrique est en cuivre. 3 ) Appareil selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la répartition de puissance à la surface du cône est améliorée en utilisant des concentrateurs de champs. 4 ) Appareil selon la revendication 3 caractérisé en ce 15 que les concentrateurs de champs présentent une forme concave (3a). 5 ) Appareil selon la revendication 3 caractérisé en ce que le champ magnétique est guidé sur les parties externes 20 de l'inducteur par des concentrateurs de champs magnéto-diélectriques ou des tôles feuilletées. 6 ) Appareil de chauffage par induction caractérisé en ce que la répartition de puissance est optimisée par 25 l'utilisation d'un inducteur multi zones. 7 ) Appareil selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'outil est protégé des effets du champ électromagnétique par un blindage dans un matériau très 30 bon conducteur de l'électricité. 35