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"PERFECTIONNEMENTS DAYS LE TRAITEMEHT DES ARTICLES PAR LA CHALEUR Il.
La nrésente invention se rapporte à une méthode et un appa- reil pour le durcissement de la surface de parties ou articles métalliques par le chauffage par induction suivi de la trempe,un inducteur étant nlacé à distance de la surface de l'article et alimenté de courant alternatif d'une fréquence appropriée pour produire le chauffage de la zone superficielle de l'article par les courants qui y sont induits.
L'invention a pour objet de procurer une méthode perfection- née et simplifiée ainsi que des moyens pour le durcissement de la surface des arbres et autres articles par chauffage nar induction et trempe.
Suivant l'invention, une méthode de duroissement de la zone superficielle d'un article consiste à appliquer un dispositif indue- teur , une distance déterminée de la surface extérieure de la pièce; à produire le chauffage par induction de la zone superficielle de
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la pièce par le courant fourni au dispositif inducteur et à tremper alors la surface chauffée pour produire une surface durcie par l'emploi d'une tuyère de trempe qui est indépendante du dispositif inducteur,
adjacente à une extrémité ou un côté de ce dernier avec sa décharge directement en face ou opposée à l'entrée de l'intervalle entre le dispositif inducteur et la pièce de manière à projeter un jet de liquide de trempe directement dans le dit intervalle ou à travers lui.
L'anticle à traiter peut être mis en rotation/ou en oscillation pendant le chauffage et la trempe,et un fluide supplémentaire de trempe peut être fourni à travers le dispositif de trempe.
L'invention comprend aussi l'appareil pour durcir la zone superficielle d'un article par la méthode qui précède et il consiste en un dispositif inducteur adapté pour être appliqué à l'article à une distance déterminée et en une ou plusieurs tuyères de trempe indépendantes du dispositif inducteur,les dites tuyères était adjacentes à une extrémité de l'inducteur et disposées tangentiellement à la surface de l'article à traiter, de manière à projeter le liquide de trempe circulairement à travers l'intervalle entre le dispositif inducteur et l'article..
L'appareil pour durcir la zone superficielle d'un article par la méthode qui précède se compose aussi,suivant l'invention, d'un dispositif inducteur adapté pour être appliqué à l'article à une distance déterminée,d'une ou plusieurs tuyères de trempe indépendantes du dispositif inducteur,et de moyens pour alimenter un liquide de trempe aux dites tuyères,ces dernières étant placées adjacentes à une extrémité ou à côté du dispositif inducteur avec leurs décharges faisant directement face ou opposées à l'intervalle entre l'inducteur et l'article,de manière à projeter un jet de liquide directement dans le dit intervalle ou à travers lui, et l'inducteur étant pourvu d'ouvertures pour l'échappement du liquide de trempe admis dans le dit intervalle.
Le dispositif inducteur peut être monté sur l'article,la tuyère étant située entre les extrémités.L'inducteur peut encore entourer ou embrasser partiellement la pièce,avec une extrémité
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en contact avec elle, le courant qui traverse l'inducteur étant
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sS;i;ler-1ent conduit a. travers l'article et la tuyèrede trempe étant adj3.cente t une e-cttéraité de l'intervalle entre l'induc- teur et l'article. Il peut y avoir deux inducteurs circulaires ou davantage, axialement écartés les uns des autres avec des tuyères de trempe disposées entre eux ou adjacentes à leurs côtés.
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Un mouvement ::xia.1 relatif peut se nxoduire entre ces inducteurs et l'article.
Au dessin ci-annexé:
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La f.i.2 montre due traitement à la chaleur suiJant une Îor,l1e de l'invention.
La f5.;,2 montre une forme modifiée de l'appareil.
La fig.3 est une coupe longitudinale renrésentant,ê, la nartie aunéiieure et , la partie inférieure respectivement,deux autres exécutions codifiées de l'appareil montré en application à un maneton de vilebrequin.
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A la fi,-.1, les parties 11 et I2 de l'inducteur sont arti- culées charnière par le pivot creux 13 et sont maintenues écar-
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tées, au moyen des espace'U1's 14, de l'arbre 15 qui doit être dur- ci. Le courant,habituellement de haute fréquence et de grande densité, est amené par les conducteurs 16 et 17 aux parties 11
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et IZ à cheval sur l'urbre.
La tête d'arrosage 18, pour la dis- tribution du fluide de trempe à la surface de l'arbre,est situé entre les parties d'inducteur 11 et 12, comme représenté, et est pourvue de tuyères 19 variant en nombre et en grandeur suivant la largeur de son support et le débit nécessaire de'liquide de refroidissement. Ces tuyères -couvent être dirigées tangentiellement dans une direction,comme représenté, ou dans les deux direotions tangentielles. Comme directement au-dessus de la tête d'arrosage 18 il existe un espace considérable qui n'est couvert
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par aucune partie de l 'inducteur, la partie de l'arbre qui se trouve dans ce voisinage ne serait pas chauffée.
En vue d'assurer la distribution uniforme requise de chaleur,l'arbre est mis en ro-
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tation ou oscillation suffisamment rapidement pour obtenir la distribution de chaleur nécessaire pour le durcissement. Les parties 11 et 12 de l'inducteur peuvent ,avoir différentes formes pour donner un passage ou intervalle d'air entre l'inducteur et l'arbre,cet intervalle commandant jusqu'à un certain degré la vitesse et l'élévation du chauffage. La partie centrale de l'inducteur, mesurée axialement le long de l'arbre,est habituellement plus éoarté e de l'arbre que les bords ou côtés, la ligne courbe en pointillé 19' indiquant la surface circulaire interne de cette partie de commande de l'organe 12 de l'inducteur .
Des passages 20 pour l'échappement après échauffèrent du liquide réfrigérant qui, autrement,est confiné dans l'intervalle d'air, sont prévus dans l'inducteur. Pour assurer une trempe plus rapide, quand on le désire, un fluide de refroidissement est alimenté dans le pivot creux de charnière 15 et déchargé par des passages 22 des organes d'articulation des parties de l'inducteur, à la surface de l'arbre. Ce fluide dans le pivot de charnière et dans les passages des organes j'articulation.sert à réduire ou à contrôler la température de ces mêmes parties:
Les espaceurs 14 mentionnés plus haut doivent être en por- celaine,mica ou autre matière réfractaire similaire; on peut aussi employer des espaceurs métalliques logés dans des douilles isolantes,comme en 22e.
Ces espaceurs servent uniquement à fixer laposition de l'inducteur au-dessus de l'arbre 15. Comme les espaceurs ou tampons 14 ou-useraient des abrasions préjudiciables sur l'arbre en rotation,ils sont pourvus d'une surface de contact en papier qui brûle en ne laissant aucune trace défavorable et assure un petit jeu pendant la rotation de la surface chaude de l'arbre.
Les tampons d'écartement 14 sont souvent fragiles et,pour cette raison doivent être remplacés souvent,de même que leurs surfaces combustibles de contact sont à remplacer après chaque opération de c hauffage. C'est pourquoi il est souvent désirable d'éviter l'emploi d'espaceurs de ce genre pour utiliser à leur place des réglages métalliques rétractiles,comme montrés en 22c. Ces ré-
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plages qui sont faits substantiellement du Même métal que les (le l'inducteur dans lesquelles ils sont vissés,sont pourvus de collets de butée 22d pour limiter leur mouvement axial.
Ces réglages étant amenés dans leur position extrêmes vers l'intérieur et avec leurs butées -placées pour donner le passage d'air désiré entre l'arbre 15 et les faces de l'inducteur,les narties 11 et 12 sont mises en mouvement vers l'arbre 15 jusqu'à ce qu'elles soient arrêtées par les butées,position dans laquel- le l'écrou 22a fixe l'inducteur au bati 22b sur lequel est monté l'arbre 15. Les réglées 22c sont alors ramenés en arrière en les dévissant suffisamment pour que leurs extrémités internes ou de contact soient substantiellement au niveau de la face interne d( l'inducteur.
Un passage déterminé d'air d'une grandeur limitée est :.insi établi et maintenu pendant la période de chauffage, et la présence des réglages rétr;.ctiles faits du même métal que l'inducteur ne trouble -cas la distribution de courant à la surface de l'inducteur ni,par suite,son effet de chauffage sur l'arbre 15. De nombreux autres moyens et parmi eux des dispositifs automatiques pour l'avance et le recul des réglages,par exemple, un levier à came opérant rapidement, peuvent être facilement appliqués au lieu des pas de vis représentés.
A la fig.2, l'inducteur 23 est formé pour embrasser à distance un côté seulement de l'arbre 24, l'intervalle 25 entre l'inducteur et l'arbre étant d'une forme courbe qui se prolonge en se rétrécissant,cette forme étant généralement obtenue par le fait que l'arc de l'inducteur a son centre disposé excentriquement rolativcment à celui de l'arbre. Cet inducteur possède une extrémité de conta-;! 27 portant sur une partie froide de l'arbre adjacente à la partie qui doit être durcie, de sorte que le courant qui passe dans l'inducteur traverse également l'article.
Un autre contacteur 28 est en engagement avec une autre partie froide de l'arbre, de préférence à l'extrémité onposée du support qui est traité; cependant il peut aussi venir en contact en un point diamétralement opposé ou autre à la même extrémité de la piè-
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ce. Le courant de chauffage est généralement obtenu par la connexion des bornes du secondaire d'un transformateur de haute fréquence avec les conducteurs 29 et 30.
En vue de produire un chauffage uniforme de la surface de l'arbre,celui-ci ou bien l'inducteur doit être mis en rotation, ou oscillation pour les mêmes raisons qui ont été indiquées en se référant à la construction montrée à la fig.I. m'inducteur 23 peut être formé substantiellement comme l'organe 12, fig.I, décrit plus haut,et pour les mêmes raisons ou autres similaires. Les passages 31 forment des issues pour le fluide de refroidissement qui est oontenu dans la chambre creuse 32, de sorte que ce fluide de refroidissement peut aussi servir comme agent de trempe pour l'arbre 24 quand celui-ci a été chauffé à la température appropriée.
La paroi extérieure 33 de la chemise du réfrigérant est ordinairement en matière isolante en vue de renfermer les courants de chauffage dans l'inducteur 23 lui-même, ou bien on peut employer des isolants d'écartement 34 avec une paroi extérieure métallique. Apres avoir chauffé la surface de l'arbre 24 à la température désirée, le fluide de trempe est projeté par les tuyères 35 raccordées au tube 36 ou en contituant une partie intégrante,et dans lequel le fluide trempant est admis par une soupape(non représentée)sous la pression désirée.
Il doit être entendu que l'arbre 24 tourne pendant la période de trempe aussi bien que pendant celle de chauffage,et que l'arrivée du courant aux conducteurs 29 et 30 est habituellement interrompue au moment de la trempe .Comme les tuyères 35 sont disposées dans une direction substantiellement tangentielle à l'arbre 24 et que l'intervalle 25 est substantiellement plus large en 37 qu'autre part, le fluide de trempe parvient rapidement à toutes les parties de la surface chauffée. Quand l'arbre tourne à grande vitesse,cette trempe est substantiellement instantanée.
Il sera évident qu'une alimentation abondante de fluide de trempe est assurée si une décharge de ce fluide se produit par les orifices 31 en même temps que la projection sous pression par les tuyères 36, et que sous cet arrosage combiné la trempe sera extrêmement rapide. De plus,un réservoir courbe de trempe,similaire à
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celui qui est montré adjoint 4 l'inducteur 23, peut être prévu sur le cote oppose de l'arbre,de sorte qu'en appliquant la pres- sion simultanément à ce réservoir et au liquide du tube 36, tou- tes les parties de l'arbre seront complètement inondées de réfrigérant sans nécessité d'une rapide rotation de l'arbre ;
enréalité, la trempe sers. complète même si l'arbre ne tourne pas du tout pendant la période de trempe. Pour empêcher un lent écoulement ou un égouttement continu du réfrigérant après l'achè- vement de la trempe et que la soupape du tube 36 a été fermée, la soupape 38 est ouverte pour permettre à l'air ou autre gaz sous pression dans le tube 39 d'expulser instantanément le résidu de réfrigérant qui autrement pourrait contrarier un chauffage ultérieur par l'inducteur.
Comme la surface de l'arbre 24 sera porté à de hautes tem- pératures pendant la majeure partie de la période de chauffage et que d'autre part sa rotation exposera cette surface chauf- fée froid ou autres milieux sur le coté o-oposé à l'in- @ ducteur 23, une chaleur considérable sera perdue. pour conser- ver cette chaleur qui autrement serait perdue, on prévoit un couvercle 40 mauvais conducteur de la chaleur pouvant être arti- culé à charnière comme en 41, ou monté de toute autre manière nour être ouvert et fermé. Le support de charnière 42 est en ma- tière isolante de même que l'espaoeur 43 pour empêcher le couvercle 40 de venir en contact direct avec le conducteur 29 de l'inducteur.
Le réservoir courbe de/trempe mentionné plus haut peut être incorpore dans ce couvercle.
La fi.3 représente un appareil employé dans une variante de la méthode décrite en se -référant à la figure précédente.
Cornue montré dans la partie supérieure de cette figure, l'arbre ou support 55 est entouré par deux, inducteurs 56 et 57 du type annulaire. Ces inducteurs sont construits de manière à nouvoir être ouverts pour recevoir l'arbre et l'entourer complètement, la surface périphérique entière qui se trouve sous les inducteurs étant ainsi chauffée sans la faire tourner ou osciller. Ces in-
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ducteurs peuvent être formés comme montré en 58 pour offrir un plus grand passage d'air dans la région du centre de l'arbre qu'à ses extrémités ainsi que cela a été signalé en se référant aux fig.1 et 3.
Ces inducteurs peuvent être faits substantiellement pleins avec des passages intermittents,comme en 59, pour l'échappcment des liquides de trempe, des gaz ou vapeurs provenant de l'entourage de la surface de l'arbre. D'autre part,ils peuvent encore être construits comme montré en 60 et 61 à la partie inférieure de la fig.3, c'est à dire en ayant des chambres creuses de refroidissement 62 pour refroidir les inducteurs eux-mêmes et communiquant avec des passages 63 qui servent comme noyers de distribution pour le fluide de trempe. Chacun de ces inducteurs est beaucoup plus étroit que la moitié de la pièce à traiter et est adapté pour se déplacer axialement sur une distance relativement considérable pour régler la.distribution de la chaleur.
Ce mouvement peut être continu pendant la période de chauffage, ou bien chaque inducteur peut être amené dans la position désirée et y être fixé avant que ne commence la période de chauffage.
En plus ou en remplacement de la distribution du fluide de trempe par les passages 59 et 63, des tubes tels que 64 et 65' sont. prévus entre les inducteurs 56 et 57 et ont leurs tuyères ou décharges 66 et 67 dirigées en sens contraire pour décharger le fluide de trempe dans l'intervalle entre les inducteurs et l'arbre 55, le passage d'air élargi sur les faces internes des inducteurs facilitant l'écoulement de ce f luide. Si les tubes ne sont pas placés adjacents l'un à l'autre dans une direction axiale relativement à l'arbre, comme représenté,mais sont écartés à la périphérie avec leurs tuyères dirigées alternativement vers les extrémités opposées de l'arbre ou de la pièce 55,les inducteurs 56 et 57 peuvent être faits plus larges ou amenés à se déplacer axialement le long de l'arbre sur-une plus grande distance.
Les intervalles circulaires entre les tubes ainsi disposés servent comme passages pour l'échappement de la vapeur d'eau ou autre formée pendant la trempe,ou pour la décharge d'une partie du réfrigérant employé. D'autre part,les tubes peuvent être situés
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comme montré en 68 et 69 aux extrémités opposées de l'arbre ou de la pièce et avec leurs tuyères dirigées l'une vers l'autre et dans le passage d'air entre les inducteurs et l'arbre. Dans cette construction,les inducteurs sont suffisamment écartés. des bords 70 à l'extrémité de l'arbre pour donner le certitude que Ceux-ci sont maintenus froids et,par suite,non durcis,tandis que la forme et le mouvement des inducteurs assurent toute distributicn désirée de chaleur dans d'autres parties de la surface de l'arbre.
Cet arrangement des inducteurs permet aussi un écoulement très efficace du fluide de refroidissement qui peut alors circuler librement depuis les deux extrémités le long de la surface chauffée et s'échapper dans l'intervalle annulaire entre les inducteurs. Pour éviter le chauffage des tubes dans certaines cir- constances,il peut être désirable de les faire d'une manière non conductrice.
Il sera évident que les zones durcies peuvent avoir la forme indiquée nar les lignes pointillées en 71 et 72, ou que ces deiix zones pervent être fondues ensemble -car la forme ou le nouvement des inducteurs on une seule zone substantiellement continue dans toute la longue@r de l'arbre et avec toute réduction en profondeur désirée autres des bords 70. @e plus, on peut employer des courante de différente?! densités et fréquences dans les divers inducteurs pour produire des conditions de chauffage et des profondeurs -le zones chauffécs différentes.
Le nombre et la position des inducteurs -peuvent en outre varier dans une mesure comparativement étendue -cour produire une variété presque illimitée des conditions -le surface dans l'arbre ou la -pièce sous traitement.
Ainsi qu'il a été indiqué plus haut, la forme de l'inducteur joue un rôle important -cour obtenir des zones durcies ayant les contours et les profondeurs désirés. Dans le cas d'un inducteur formé comme montré d'une .lanière générale dans la fig.3, la surfnce périphérique interne peut être rendue conique,comme représenté en 117; ce qui -orocure un plus grandpassage d'air entre 1 'in- ducteur et le bord 70 quand la tuyère 69 est éloignée et que l'in-
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duoteur est amené à se mouvoir axialement le long de l'arbre pendant la période de chauffage. La tuyère 69 peut aussi être formée de différentes manières pour réduire l'intensité du refroidissement à l'endroit du bord.
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Méthode de durcissement de la zone superficielle d'un article consistant à appliquer un dispositif inducteur à distance de la surface extérieure de l'article, à produire un chauffage par induction de la zone superficielle seulement de l'article par le courant amené au dispositif inducteur et à trera- per alors la zone superficielle chauffée pour produire une surface durcie par l'emploi d'une tuyère de trempe qui est indépendante du dispositif inducteur et est située adjacente à une ex- trémité ou un côté du dispositif inducteur avec sa décharge di- rectement opposée ou en face de l'entrée de l'intervalle entre le dispositif inducteur et l'article de manière à projet un flot de liquide de trempe directement dans le dit intervalle ou à travers lui.