Brevet FR3034432A1 — publié le 20161007

L'invention concerne un dispositif de traitement par trempe thermique d'un élément métallique, du type tube ou barre, présentant des tronçons cintrés. De façon plus spécifique, cette invention vise un dispositif de traitement thermique tel que décrit dans le brevet EP 1 405 926, comportant principalement : - des moyens de traitement thermique comprenant une bobine d'induction et des moyens de refroidissement comportant des buses d'aspersion intégrées dans une couronne d'aspersion annulaire, - des moyens de maintien et de déplacement relatif de l'élément 10 métallique et des moyens de traitement thermique adaptés pour engendrer un déplacement relatif du dit élément métallique à l'intérieur de la bobine d'induction et de la couronne d'aspersion disposées à proximité l'une de l'autre. Tel que décrit dans ce brevet EP 1 405 926, de tels dispositifs de traitement permettent de réaliser, avec efficacité, des trempes thermiques d'une 15 grande quantité d'éléments métalliques allongés, du type barres ou tubes, présentant des tronçons cintrés. Toutefois, il s'avère que du fait de leur conception, ces dispositifs de traitement connaissent des limites concernant la complexité des éléments métalliques susceptibles d'être traités therrniquement. 20 La présente invention vise à pallier cet inconvénient et a pour principal objectif de fournir des dispositifs de traitement thermique de même conception de base que celle des dispositifs de traitement décrits dans EP 1 405 926, modifiés de façon à permettre d'accroitre la gamme et notamment la complexité des éléments métalliques susceptibles d'être traités thermiquement 25 au moyen de tels dispositifs de traitement. A cet effet, l'invention vise un dispositif de traitement par trempe thermique d'un élément métallique, du type tube ou barre, présentant des tronçons cintrés, comportant : - des moyens de traitement thermique comprenant une bobine 30 d'induction et des moyens de refroidissement comportant des buses d'aspersion intégrées dans une couronne d'aspersion annulaire, - des moyens de maintien et de déplacement relatif de l'élément métallique et des moyens de traitement thermique adaptés pour engendrer un déplacement relatif du dit élément métallique à l'intérieur de la bobine 3$ d'induction et de la couronne d'aspersion disposées à proximité l'une de l'autre, 3034432 2 et selon l'invention, les moyens de maintien et de déplacement relatif de l'élément métallique et des moyens de traitement thermique de ce dispositif de traitement thermique comprennent : - des moyens de maintien de l'élément métallique agencés pour être 5 positionnés au voisinage d'un tronçon d'extrémité, dit supérieur, du dit élément métallique, de façon que ce dernier soit maintenu suspendu par les dits moyens de maintien, - des moyens de déplacement adaptés pour déplacer simultanément la bobine d'induction et la couronne d'aspersion le long de l'élément métallique 10 à partir d'un tronçon d'extrémité, dit inférieur, du dit élément métallique opposé à son tronçon supérieur. Cette conception qui consiste à suspendre l'élément métallique et à déplacer simultanément la bobine d'induction et la couronne d'aspersion le long de cet élément métallique à partir de son extrémité inférieure, s'avère conduire 15 à permettre de traiter thermiquement, notamment sans provoquer d'interférence entre le traitement thermique et le refroidissement, des éléments métalliques de formes très complexes. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les moyens de maintien de l'élément métallique sont portés par des moyens de 20 déplacement aptes à leur conférer au moins un degré de liberté en rotation. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, les moyens de maintien de l'élément métallique sont portés par des moyens de déplacement aptes à leur conférer au moins un degré de liberté en translation. Une combinaison consiste, en outre, avantageusement selon 25 l'invention, à doter le dispositif de traitement de moyens de déplacement des moyens de maintien de l'élément métallique adaptés pour leur conférer, d'une part, au moins deux degrés de liberté en translation, selon un axe vertical (z) et selon au moins un axe horizontal (x), et d'autre part, au moins deux degrés de liberté en rotation, autour de l'axe vertical (z), et autour d'au moins un axe 30 horizontal (x). Ces degrés de liberté conférés aux moyens de maintien de l'élément métallique offrent des possibilités supplémentaires de déplacement relatif entre le dit élément métallique et l'ensemble bobine d'induction/couronne d'aspersion, et permettent ainsi de maintenir plus facilement cet élément métallique dans la 35 zone de manoeuvre des moyens de déplacement de la bobine d'induction et de 3034432 3 la couronne d'aspersion, et/ou évitent d'es interférences entre le traitement thermique et le refroidissement. Par ailleurs, les moyens de déplacement de la bobine d'induction sont avantageusement adaptés, selon l'invention, pour une bobine d'induction 5 de longueur /, de façon que le centre du plan transversal médian de la dite bobine d'induction soit au moins sensiblement coaxial avec la corde de longueur / axée sur le dit plan médian, de la fibre neutre Fn de l'élément métallique. Ce mode de définition de la trajectoire de la bobine d'induction qui io consiste à sous-tendre cette trajectoire par rapport à la fibre neutre de l'élément métallique permet de garantir l'obtention d'une distance minimale entre la face interne de la dite bobine d'induction et respectivement l'intrados et l'extrados de l'élément métallique, et ce même pour des rayons de courbure très courts de l'ordre de 1,5 à 2 fois le diamètre du dit élément métallique, et conduit à une 15 augmentation notable de la gamme d'éléments métalliques susceptibles d'être traités thermiquement par le dispositif selon l'invention. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, la bobine d'induction et la couronne d'aspersion sont portées, chacune, par des moyens de déplacement consistant en un robot multiaxe. 20 Il est à noter, en outre, que les moyens de maintien de l'élément métallique peuvent également être portés par des moyens de déplacement consistant en un robot multiaxe adapté pour leur conférer plusieurs degrés de liberté en rotation et en translation. Le dispositif de traitement thermique selon l'invention comprend, par 25 ailleurs, avantageusement selon l'invention, un robot multiaxe de déchargement doté d'une pince de saisie de l'élément métallique après traitement thermique. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, les moyens de maintien de l'élément métallique comprennent une pince tubulaire adaptée pour coiffer et enserrer le tronçon supérieur du dit élément métallique 30 et pour s'étendre dans le prolongement axial du dit tronçon supérieur. De plus, cette pince tubulaire présente avantageusement, selon l'invention, un diamètre externe inférieur aux diamètres internes respectifs de la bobine d'induction et de la couronne d'aspersion, adapté pour autoriser le déplacement axial des dites bobine d'induction et couronne d'aspersion le long 35 de la dite pince tubulaire. 3034432 4 Cette conception de pince tubulaire permet d'amener la bobine d'induction et la couronne d'aspersion jusqu'à une position finale dans laquelle elles s'étendent autour de la dite pince tubulaire, et dégagent donc l'intégralité de la longueur de l'élément métallique. 5 Du fait de cette possibilité d'amener la bobine d'induction et la couronne d'aspersion dans une telle position finale, et en premier lieu, seule l'extrémité de l'élément métallique enserrée par la pince tubulaire, soit une longueur de l'ordre d'une dizaine de millimètres, ne subit pas de traitement thermique. Toutefois, cette longueur d'extrémité est usuellement destinée à subir des usinages par formage et ne nécessite donc pas d'être traitée thermiquement, de sorte que le dispositif de traitement conduit à traiter, en une seule étape, l'intégralité de la longueur de l'élément métallique nécessitant un traitement thermique.. Cette position finale autorise, en outre, un accès facile à l'élément métallique permettant son déchargement au moyen du robot de déchargement. Par ailleurs, en vue du traitement d'éléments tubulaires, le dispositif de traitement thermique selon l'invention comprend avantageusement une source de fluide froid connectée de façon à injecter un débit de fluide froid dans 20 le tronçon d'extrémité supérieur du dit élément métallique, lors du traitement thermique de ce dernier. Cette injection de fluide froid dans le tronçon supérieur de l'élément métallique permet d'évacuer les vapeurs chaudes produites dans le dit élément métallique lors de son refroidissement, et favorise donc cette étape de 25 refroidissement. D'autres caractéristiques buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent, à titres d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins : 30 - la figure 1 est une vue en perspective schématique d'un dispositif de traitement par trempe thermique conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective des moyens de ce dispositif de traitement, de maintien et de déplacement d'un élément métallique, - la figure 3 est une coupe longitudinale par un plan axial de la pince 35 de maintien d'un élément métallique et des moyens de traitement thermique de 3034432 5 cet, élément métallique, représentés positionnés en fin de l'opération de traitement, - la figure 4 est une coupe transversale par un plan A de la figure 3, - et la figure 5 est un schéma explicatif du mode de déplacement de 5 la bobine d'induction. Le dispositif de traitement selon l'invention représenté aux figures consiste en un dispositif de traitement par trempe thermique d'un élément métallique du type barre ou tube, tel qu'un élément de suspension d'un véhicule automobile, pouvant notamment consister, tel que représenté, en une barre de Io torsion 1. Ce dispositif de traitement comprend, en premier lieu : - des moyens 2 de maintien de l'élément métallique 1 agencés pour être positionnés au voisinage d'un tronçon d'extrémité, dit supérieur, du dit élément métallique, de façon que ce dernier soit maintenu suspendu sous les 15 dits moyens de maintien, - et des moyens de déplacement de ces moyens de maintien 2 adaptés pour les déplacer, d'une part, en translation selon un axe vertical (z) et selon un axe horizontal (y), et d'autre part, en rotation autour de l'axe vertical (z) et autour d'un axe horizontal (x) perpendiculaire au plan (y, z). En premier lieu, les moyens de maintien de l'élément métallique 1 consistent en une pince tubulaire 2 du type pince de décolletage, comportant une pièce de révolution partiellement fendue suivant plusieurs génératrices, permettant, de par son élasticité, de serrer, en l'exemple extérieurement, une partie cylindrique d'une pièce. En l'exemple représenté, cette pince 2 comporte : - un tube externe 10 doté d'une extrémité évasée formant un siège conique 11, - un tube interne 12 percé d'un alésage axial longitudinal 13, prolongé d'une tête conique 14 adaptée pour se loger dans le siège 11 du tube 30 externe 10, la dite tête conique étant pourvue de quatre fentes radiales telles que 15 lui conférant son élasticité, et présentant une face frontale dans laquelle est ménagé un lamage 16 de serrage de l'extrémité de l'élément métallique 1, - et des moyens de déplacement relatif du tube externe 10 et du tube interne 12 entre une position de chargement d'un élément métallique 1 dans le 35 lamage 16, dans laquelle la tête conique 14 s'étend dans le prolongement du 3034432 6 tube externe 10, et une position de serrage de l'extrémité de l'élément métallique 1, dans laquelle la tête conique 14 est enserrée dans le siège conique 11. De plus, les moyens de déplacement relatif du tube externe 10 et du 5 tube interne 12 sont adaptés pour déplacer le tube externe 10 longitudinalement le long du tube interne, et consistent en un vérin 17 agencé verticalement relié au tube externe 10 par un système de biellettes 18. Les moyens de déplacement de cette pince 2 comprennent, quant à eux, positionnés sur la face frontale verticale d'un bâti 3: 10 - un premier chariot 4 guidé le long de rails verticaux tels que 5, et entraîné le long des dits rails par un ensemble motorisé non représenté, - un second chariot 6 porté par le premier chariot 4, guidé le long de rails horizontaux tels que 7 s'étendant selon des axes (y) parallèles à la face frontale du bâti 3, et entraîné le long des dits rails par un ensemble motorisé 15 non représenté, - une potence 8: - montée rotative par rapport au second chariot 6 autour d'un axe horizontal (x) ) perpendiculaire à la face frontale du bâti 3, et entraînée en rotation par un ensemble motorisé non représenté, 20 - sous laquelle est montée rotative autour d'un axe vertical (z), au moyen d'un moteur 9, la pince tubulaire 2. De plus, le premier chariot 4 est équipé d'une béquille escamotable de rigidification de la pince tubulaire 2, comportant une pièce de soutien 19 montée sur l'extrémité des deux tiges 20a d'un vérin 20 agencé selon un axe 25 (x), dont le corps 20b est solidarisé sur le dit premier chariot. En outre, cette pièce de soutien 19 comporte un logement 21 de forme adaptée pour loger l'extrémité inférieure de la pince tubulaire 2, dans le prolongement inférieur duquel est formée une gorge 22 destinée à loger le tronçon supérieur de l'élément métallique 1 suspendu sous la dite pince tubulaire. Le dispositif de traitement comprend, en outre : - des moyens de traitement thermique et des moyens de refroidissement du type décrit dans le brevet européen EP 1 405 926, et constitués donc, respectivement, d'une bobine d'induction 23 et d'une couronne 3034432 7 d'aspersion annulaire 26 dans laquelle sont intégrées des buses d'aspersion 27, - des moyens de déplacement adaptés pour déplacer simultanément la bobine d'induction 23 et la couronne d'aspersion 26 le long de l'élément 5 métallique 1 suspendu sous la pince tubulaire 2, à partir du tronçon d'extrémité inférieur du dit élément métallique. Ces moyens de déplacement comportent, pour chacun des deux éléments, bobine d'induction 23 et couronne d'aspersion 26, un robot multiaxe respectivement 24, 28 représenté schématiquement à la figure 1, comportant, 10 de façon classique, un bras terminal respectivement 25, 29 doté d'un organe de préhension des dites bobine d'induction et couronne d'aspersion. Le dispositif de traitement comprend, par ailleurs, tel que représenté schématiquement à la figure 3, un troisième robot multiaxe 30 de déchargement, doté d'un bras terminal 31 équipé d'une pince 32 de saisie de 15 l'élément métallique 1 après traitement thermique. Ce dispositif de traitement comprend, enfin, une source d'air 33 connectée de façon à injecter un débit d'air froid dans le tronçon d'extrémité supérieur de l'élément métallique 1, lors du traitement thermique de ce dernier. Selon ce principe de dispositif de traitement, et en premier lieu, en 20 vue de son traitement thermique, l'élément métallique 1 est donc suspendu sous la pince tubulaire 2. Le traitement thermique est ensuite réalisé : - en déplaçant simultanément la bobine d'induction 23 et la couronne d'aspersion 26 le long de l'élément métallique 1 à partir du tronçon d'extrémité 25 inférieur, du dit élément métallique, - éventuellement, en combinant, à ce déplacement, des déplacements en translation selon l'axe (y) et/ou selon l'axe (z), et/ou des rotations autour de l'axe (x) et/ou de l'axe (z), de la pince tubulaire 2, destinés à permettre de maintenir l'élément métallique 1 dans la zone de manoeuvre des 30 deux robots multiaxes 24, 28, et/ou à éviter d'es interférences entre le traitement thermique et le refroidissement. Durant ce traitement thermique, en outre, lorsque l'élément métallique 1 consiste en un élément tubulaire, de l'air froid est injecté dans le tronçon supérieur du dit élément métallique, permettant ainsi d'évacuer les 3034432 8 vapeurs chaudes produites dans l'élément métallique 1 lors de son refroidissement, et favorisant donc cette étape de refroidissement. De plus, lors de ce traitement thermique, les déplacements de la bobine d'induction 23 et éventuellement de la pince tubulaire 2 sont 5 commandés, tel que représenté à la figure 5, pour une bobine d'induction 23 de longueur 1, de façon que le centre du plan transversal médian de la dite bobine d'induction, (c'est-à-dire le plan transversal situé à mi-longueur 1/2 de la dite bobine), soit au moins sensiblement coaxial avec la corde de longueur faxée sur le dit plan médian (c'est-à-dire la corde de longueur 1 s'étendant d'une Io longueur 1/2 de part et d'autre du dit plan médian), de la fibre neutre Fn de l'élément métallique 1. La trajectoire conférée à la bobine d'induction 23 selon ce principe permet de garantir l'obtention d'une distance minimale entre la face interne de la dite bobine d'induction et respectivement l'intrados et l'extrados de l'élément 15 métallique 1, et ce même pour des rayons de courbure très courts de l'ordre de 1,5 à 2 fois le diamètre du dit élément métallique. Le déplacement simultané de la bobine d'induction 23 et de la couronne d'aspersion 26 est, en outre, adapté pour amener les dites bobine d'induction et couronne d'aspersion jusqu'à une position finale, représentée à la 20 figure 3, dans laquelle elles s'étendent autour de la pince tubulaire 2. Du fait de cette possibilité d'amener la bobine d'induction 23 et la couronne d'aspersion 26 dans une telle position finale, en premier lieu, seule l'extrémité de l'élément métallique 1 enserrée dans le lamage 16 de la pince tubulaire 2, soit une longueur de l'ordre d'une dizaine de millimètres, ne subit 25 pas de traitement thermique. Toutefois, cette longueur d'extrémité est usuellement destinée à subir des usinages par formage et ne nécessite donc pas d'être traitée thermiquement, de sorte que le dispositif de traitement conduit à traiter l'intégralité de la longueur de l'élément métallique 1 nécessitant un traitement 30 thermique. Cette position finale autorise, en outre, un accès facile à l'élément métallique 1, permettant son déchargement au moyen du robot de déchargement 30. REVENDICATIONS1/ Dispositif de traitement par trempe thermique d'un élément métallique (1), du type tube ou barre, présentant des tronçons cintrés, comportant : - des moyens de traitement thermique comprenant une bobine 5 d'induction (23) et des moyens de refroidissement comportant des buses d'aspersion (27) intégrées dans une couronne d'aspersion annulaire (26), - des moyens de maintien (2) et de déplacement relatif (4-9, 24, 28) de l'élément métallique (1) et des moyens de traitement thermique (23, 26, 27) adaptés pour engendrer un déplacement relatif du dit élément métallique à 10 l'intérieur de la bobine d'induction (23) et de la couronne d'aspersion (26) disposées à proximité l'une de l'autre, le dit dispositif de traitement thermique étant caractérisé en ce que les moyens de maintien et de déplacement relatif de l'élément métallique (1) et des moyens de traitement thermique (23, 26, 27) comprennent : 15 - des moyens de maintien (2) de l'élément métallique (1) agencés pour être positionnés au voisinage d'un tronçon d'extrémité, dit supérieur, du dit élément métallique, de façon que ce dernier soit maintenu suspendu par les dits moyens de maintien, - des moyens de déplacement (24, 28) adaptés pour déplacer 20 simultanément la bobine d'induction (23) et la couronne d'aspersion (26) le long de l'élément métallique (1) à partir d'un tronçon d'extrémité, dit inférieur, du dit élément métallique opposé à son tronçon supérieur. 2/ Dispositif de traitement thermique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de maintien (2) de l'élément métallique (1) 25 sont portés par des moyens de déplacement (9) aptes à leur conférer au moins un degré de liberté en rotation 3/ Dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de maintien (2) de l'élément métallique (1) sont portés par des moyens de déplacement (4-8) aptes à leur 30 conférer au moins un degré de liberté en translation. 4/ Dispositif de traitement thermique selon les revendications 3 et 4 prises ensemble caractérisé en ce que les moyens de déplacement (4-8, 9) des moyens de maintien (2) de l'élément métallique (1) sont adaptés pour leur conférer, d'une part, au moins deux degrés de liberté en translation, selon un 3034432 10 axe vertical (z) et selon au moins un axe horizontal (y), et d'autre part, au moins deux degrés de liberté en rotation, autour de l'axe vertical (z), et autour d'au moins un axe horizontal (x). 51 Dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de déplacement (24) de la bobine d'induction (23) sont adaptés, pour une bobine d'induction (23) de longueur 1, de façon que le centre du plan transversal médian de la dite bobine d'induction soit au moins sensiblement coaxial avec la corde de longueur taxée sur le dit plan médian, de la fibre neutre En de l'élément métallique (1). 6/ Dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la bobine d'induction (23) et la couronne d'aspersion (26) sont portées, chacune, par des moyens de déplacement consistant en un robot multiaxe (24, 28). 71 Dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications 15 précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un robot multiaxe (30) de déchargement doté d'une pince (32) de saisie de l'élément métallique (1) après traitement thermique. 81 Dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de maintien de l'élément 20 métallique (1) comprennent une pince tubulaire (2) adaptée pour coiffer et enserrer le tronçon supérieur du dit élément métallique et pour s'étendre dans le prolongement axial du dit tronçon supérieur. 91 Dispositif de traitement thermique selon la revendication 8 caractérisé en ce que la pince tubulaire (2) présente un diamètre externe 25 inférieur aux diamètres internes respectifs de la bobine d'induction (23) et de la couronne d'aspersion (26), adapté pour autoriser le déplacement axial des dites bobine d'induction et couronne d'aspersion le long de la dite pince tubulaire. 10/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes de traitement thermique d'un élément tubulaire (1) caractérisé en ce qu'il 30 comprend une source (33) de fluide froid connectée de façon à injecter un débit de fluide froid dans le tronçon d'extrémité supérieur du dit élément métallique, lors du traitement thermique de ce dernier.