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pour : "Perfectionnements aux appareils et aux procèdes de traitement thermique i et aux objets subissant un traitement thermique"
La présente invention est relative d'une manière générale, au traitement thermique électrique d'objets métalliques et, plus partiQulieè- rament. au traitement thermique différentiel par induction électromagnétique d'une partie d'un objet à l'effet de durcir ou tremper ladite partie.
L'invention a principalement pour: objet des moyens et un prooédé pour tremper par in- durction électromagnétique un siège conique de soupape ou une autre partie analogue d'un objet
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métallique pouvant être trompé par traitement thermique, par exemple le bloc des cylindres d'un moteur à combustion interne.
Lorsqu'on cherche à tremper un siège conique de soupape dans un moteur à combustion interne par induction électromagnétique, opération comportant une phase de chauffage suivie immédiatement du refroidissement ou trempe, on rencontre certaines difficultés dues à la forme particulière et à la position angulaire de la partie traitée, ainsi qu'aux limitations d'espace, difficultés que l'on ne rencon. tre pas dans des opérations analogues exécutées sur des objets ayant une forme plus favorable et des dimensions plus grandes.
Les principaux problèmes qui se posent sont : le contrôle de la position et de la forme de la zone trempée par rapport à la surface, disposée suivant un angle, du siège de soupape; la concentration d'une quantité suffisante d'énergie dans l'espace disponible pour exécuter le travail avec la rapidité nécessaire à l'obtention des résul- tats désirés; l'obtention d'un refroidissement rapide et uniforme en un temps extrêmement court après chauffage; enfin la simplicité, la robustesse et le faible encombrement de 1*'appareil.
Un autre problème à résoudre consiste à surmonter les difficultés résultant du fait que l'espace disponible au-dessous du siège de soupape pour recevoir des parties de l'appareil s'étendant au-dessous dudit siège est limité au dia- mètre relativement petit du conduit existant sous le siège.
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Un objet important de l'invention est, par suite, la réalisation de moyens et d'un procédé) grâce auxquels une zone trempée ayant les qualités désirées peut être produite au voisinage de la surface conique du siège de soupape et sur cette surface même ainsi que sur des parties adjacentes des surfaces voisines partant de la surface du siège de soupape et faisant un angle avec elle, et ltobten- tion de ce résultat avec un siège de soupape de petit diamètre (voisin par exemple de 50 mm, ou moins) situé au-.dessus d'un conduit de diamètre sensiblement inférieur à celui du siège.
Un autre objet de l'invention est la réalisation d'un dispositif unitaire de chauffage et de refroidissement (ou trompe) alimenté par du courant à haute fréquence et capable de fonctionner dans le petit espace disponible à l'intérieur de la circonférence du siège de soupape et du conduit ou ouverture de plus petit diamètre existant sous ledit siège.
D'autres objets et avantages de 1*invention apparaîtront à la lecture de la desorip- tion qui va en Stre donnée et à l'examen du dessin annexé sur lequel :
La figure l ëst une vue en plan schématique d'un bloc-moteur polycylindrique en V, les parties supérieures étant représentées dans un plan horizontal;
La figure 2 est une coupe verticale par l'axe de l'élément chauffant, du siège de soupaps et de l'alésage d'un cylindre d'un bloc;
La figure 3 est une coupe par 3-3
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de la figure 2 ;
La figure 4 est une coupe par 4-4 de la figure 3;
La figure 5 est une coupe à travers l'arbre porte-outil et la douille conductrice, coupe faite par 5-5 de la figure 2;
radiale-7
La figure 6, enfin, est une coupe de détail à échelle agrandie d'une partie de siège de soupape trempée appartenant à un bloc-moteur.
L'objet traité conformément à l'in- vention est représenté ici sous la forme du bloc- moteur 10 d'un moteur polycylindrique à combustion interne comportant un siège de soupape avec une partie conique 11, oonstituant le siège proprement dit, formée au-dessus de l'ouverture supérieure du conduit 12 adjacent à un cylindre 13, ladite partie de siège de soupape devant tiré trempée ou pourvue d'une zone durcie au voisinage de la surface 11 du siège de sou- pape et sur cette surface même. L'élément chauffant à induction ou outil est constitué, d'une manière générale,
par le conducteur inducteur 14 enroulé sous la forme d'un anneau simple muni d'un noyau magnétique 15 et monté à l'extrémité inférieure du support d'outil 16 fixé de manière amovible à un arbre porte-outil 16' permettant de le déplacer pour l'amener en position de travail (ou pour l'écarter de cette position) par rapport au siège de soupape et de le faire tourner par rapport audit siège; l'extré- mité inférieure du support d'outil porte une tuyère de refroidissement ou de trempe 17 disposée au- dessous du conducteur inducteur et reliée à un con- duit de fluide 18'ménagé dans le support d'outil et
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prolongeant le conduit 18 ménagé dans 1árbre porte- outil.
Bien que l'on n'ait représenté ici aucun dispositif particulier pour produire le mouvement vertical et le mouvement de rotation de 1*arbre porte- outil il est bien entendu que tout dispositif connu ou autre pour communiquer un mouvement vertical et un mouvement de rotation à l'arbre peut être utilisé, dispositif tel, par exemple, que celui représenté dans le brevet français 843.538 du 16 Septembre 1938.
Le conducteur inducteur 14 est d'une manière 'générale de section transversale rec- tangulaire et forme une boucle annulaire ayant même axe que l'arbre porte-outil; le conducteur est dis- posé de manière que sa section transversale rectangu- laire fasse un angle tel que sa faoe annulaire externe inférieure puisse être rendue parallèle à la surface du siège de soupape. La partie externe inférieure du conducteur induoteur 14 est également pourvue le long de ses bords de parties annulaires en saillie formant un évidement annulaire dont les surfaces sont sensiblement parallèles à (et très rapprochées, d'une manière sensiblement régulières, de) la surface du siège de soupape 11 et aux surfaces adjacentes 19 et 20 sur une distanoe notable à partir des bords du siège de soupape.
De même le noyau magnétique angulai- re 15 présente un évidement annulaire 21 s'ouvrant vers l'extérieur et vers le bas pour recevoir le conducteur inducteur 14' ainsi que la surface du siège de soupape, sur une hauteur appréciable. Dans ces conditions, le conducteur inducteur 14 et son\ noyau magnétique 15 sont tous deux disposés de manière
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à embrasser partiellement la partie du siège de sou- pape et à recevoir la surface dudit siège sur une hauteur appréciable* Le noyau 15 est constitué de pré- férence par une série d'éléments feuilletés disposés radialement et allant en s'amincissant pour former une masse compacte de matière feuilletée, les feuillets étant serrés en place,
près de l'extrémité inférieure du support d'outil 16, entre l'épaulement 22 et la partie supérieure de la tuyère de refroidissement 17, cette dernière étant ajustée sur un prolongement inférieur de section réduite du support d'outil, en relation de serrage avec le noyau feuilleté 15, au moyen d'un écrou de serrage 24 vissé sur le prolonge- ment fileté 25 de l'extrémité inférieure du support d'outil-
Une garniture isolante 26 isole de manière appropriée le conducteur 14 du noyau 15;
le conducteur 14 a une de ses extrémités à la masse ou reliée au support d'outil par un prolongement 27 (figure 4) qui est relié au support d'outil 16 au moyen d'une vis 28. L'autre extrémité du conducteur est reliée, par un prolongement 29 (figures 2 et 3), à un prolongement conducteur 30 en formel de manchon au moyen d'une via de serrage 31, le manchon 30 étant isolé du support d'outil 16 par un manchon ou douille isolants 32. L'isolement du prolongement 29 d'avec le noyau 15 peut tire obtenu au moyen de l'espace d'air 33, comme le montre le dessin, ou au moyen d'une matière isolante appropriée quelconque insérée entre le prolongement 29 et le noyau.
La connexion électri- que est prolongée$ à partir de la douille 30, le long de 1*arbre porte-outil 16' au moyen du manchon conduc-
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teur 34 entourant l'arbre porte-outil et isolé de oelui-oi par le manchon isolant 35 et par la ron- delle 36. un contact électrique est établi entre le manchon 30 et le manchon conducteur 34 au moyen d'une connexion amovible comprenant la barre conduc- trice 37 fixée au prolongement 30 (par exemple par soudure ou brasure) et s'étendant vers le haut autour de la rondelle isolante 36 pour venir en con- tact à glissement aveo une rainure axiale de l'oreille 38 en forme d'arc fixée à l'épaulement 39 sur le manchon conducteur au moyen d'une vis 40.
L'arbre porte-outil 16' est également rendu détachable, au voisinage de l'épaulement 39, grâce aux sections filetées complémentaires 41 et 42, ce qui fait que l'outil chauffant peut être séparé de l'arbre porte- outil et du manchon conducteur 34 par simple enlève- ment de la vis 30 permettant un mouvement de rotation relatif entre l'arbre porte-outil 16' et l'élément chauffant et la séparation, qui en est la conséquence, des parties filetées complémentaires 41, 42.
Aveo l'élément chauffant ou outil oonstruit comme on vient de le dire, le courant d'alimentation à haute fréquence peut être fourni . au conducteur d'induction 14 au moyen de l'arbre porte-outil 16' et du manchon conducteur 34, servant de conducteurs de oourant, suivant un circuit qui comprend t l'arbre porte-outil 16', le support d'outil 16, le prolongement 27 (figure 4), le conduc- leur d'induction 14, le prolongement 29 (figure 2), le prolongement en forme de manchon 30, la barre conductrice 37 et le contact 38 en forme d'arc pour aboutir à l'épaulement 39 et au manchon conducteur 34
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L'élémen-c chauffant peut ainsi être facilement ali- menté en courant, à partir d'une source appropriée de courant à haute fréquence telle que celle indiquée schématiquement en 43,
par les conducteurs 44,45 reliés au dispositif concentrique d'arbre et de manchon 16'-34 de toute manière connue ou appropriée quelconque, par exemple au moyen d'un dispositif de contact à glissement du genre de celui qui est repré- senté dans le brevet français N 843.538 précité.
La tuyère de trempe 17 affecte la forme d'un anneau disposé autour du prolongement inférieur 44', de diamètre réduit, du support d'outil 16; ladite tuyère est ajustée sur le prolon- gement et est maintenue serrée contre les éléments du noyau feuilleté 15 par t'écrou de serrage 24 par l'intermédiaire de la rondelle de pression 24'. La tuyère est munie d'une série d'orifices de pulvérisa- tion 45' reliés, par l'intermédiaire d'un conduit d'alimentation annulaire 47, aux conduits radiaux 4b s'étendant vers 1intérieur et communiquant avec le canal central 18' du support d'outil 16. La tuyère de trempe 17 peut Stre alimentée en un fluide de trempe approprié, à partir d'une source non figurée, par le canal 18 du support d'outil 16.
En disposant la tuyère de pulvérisation, comme le mohtre le dessin, avec des orifices dirigés vers l'extérieur, on peut lui donner un diamètre bien inférieur à celui du siège de soupape pour lui permettre de s'engager dans le conduit 12, de diamètre relativement petit, ménagé sous le siège de soupape, lorsque le conducteur inducteur 14 est amené, par rapport au siège de soupape, en position de fonctionnement.
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Pour assurer un alignement correct ' de 1*outil chauffant et du siège de soupape. dans le mouvement du premier le rapprochant ou l'éloignant dudit siège et dans son mouvement de rotation par rapport à ce dernier, on a prévu un dispositif de guidage supplémentaire 48 qui, pour le traitement d'un bloc-moteur polyoylindrique, comme on l'a repré- senté, est établi pour s'adapter sur la partie supé- rieure de l'une des moitiés du bloc en V et qui est muni d'un certain nombre d'éléments 49 en forme de piston pour maintenir le dispositif de guidage en place sur le bloc-moteur dans une position relative prédéterminée par rapport aux alésages des cylindres et au: sièges de. soupape.
Le dispositif de guidage 48 est muni d'un certain npmbre d'ouvertures de guidage 50 établies pour se placer à l'alignement de certains des sièges de soupape (dans le cas présent des sièges alternés) pour permettre l'utilisation d'outils chauffants de diamètre supérieur à la dis- tance d'axe en axe de sièges de soupape adjacents* Pour maintenir l'isolement du manchon conducteur 30 j de l'outil par rapport au dispositif de guidage pendant son mouvement de glissement et de rotation dans l'ouverture de guidage 50, le manchon précité est muni d'un revêtement ou douille isolante 51 qui joue le rôle de douille d'appui entre l'outil chauffant et la surface interne de l'ouverture de guidage.
pour étendre le flux engendré dans le noyau 15 radialement vers l'extérieur au-delà du siège de soupape et sur une hauteur appréciable au- dessous de la surface dudit siège, et pour mettre à l'abri du flux le dispositif de guidage 48 au
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voisinage de l'ouverture de guidageon insère une garniture 52 en forme de manchon feuilleté radiale- ment et d'épaisseur radiale appréciable dans l'élé- ment de guidage de manière qu'elle se prolonge vers le bas entre l'élément de guidage et la face externe, dans le sens radial, du noyau jusqu'au voisinage du bord externe du siège de soupape.
La garniture magnétique 52, de même que le noyau 15, est formée d'une série compacte d'éléments feuilletés s'amincis- saut radialement disposés comme l'indique la figure 3 pour former une masse compacte de matière feuille- tée radialement, les feuillets étant prolongés radialement vers l'extérieur à leurs extrémités supérieures afin qu'ils puissent être serrés en place dans l'ouverture de guidage entre des bagues de serrage appropriées supérieure et inférieure maintenues en place par l'écrou de serrage 53.
Pour le traitement d'un moteur à huit cylindres en V comme on l'a indiqué ici, il est préférable d'utiliser les outils chauffants par groupes de quatre espacés de manière qu'ils viennent s'aligner avec des sièges de soupape 'aller-' née. Le dispositif de guidage 48 est, par suite, muni d'un groupe de quatre ouvertures 50 disposées pour venir se placer à l'alignement de sièges de soupape alternés, afin de servir de guide pour le groupe de quatre outils chauffants.
Pour les sièges de soupape alternés intermédiaires, non pourvus du dispositif de guidage 50 représenté à sa place à la moitié inférieure de la figure 1, il existe un second dispositif de guidage semblable à celui que montre le dessin mais dont la forme est celle de
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l'image du premier vue dans un miroir; ce disposi- de guidage tif présente des ouvertures /coïncidant avec les sièges de soupape alternés intermédiaires. Le dis- positif de guidage, tel qu'il est représenté en pointillé à la partie supérieure de la figure 1, est le même que celui représenté à la partie, infé- jazz rieure de ladite figure, sauf qu'il est tourné dan le plan du dessin..
On remarquera que, bien que l'élé- ment de garniture magnétique 52 soit représenté comme s'étendant sur une distance très importante vers le haut à partir du conducteur inducteur 14, une telle extension n'est pas nécessaire du point de vue électrique !elle est uniquement adoptée comme artifice de construction pour réaliser le montage des éléments feuilletés;
en fait, il est possible d'enlever l'élément de garniture 52 d'une seule pièce et de le remplacer par un autre prolongement radial du noyau 15 pour l'amener radialement au- dessus du bord externe du siège de soupape et entre le conducteur inducteur et le dispositif de guidages étant entendu que le manchon isolant 51 et le dis- positif de guidage 50 auraient leur diamètre aug- menté de manière qu'il soit au moins égal à celui de l'élément de noyau prolongé.
Etant donné que le second groupe de sièges de soupape alternés doit fonctionner dans un ordre différent de celui du premier groupe (autrement dit qu'au lieu de fonc-. tionner dans l'ordre échappement$ admission,etc. comme l'indiquent les lettres E, I, etc.. respecti- vement à la partie inférieure de la figure 1, il fonctionnerait dans l'ordre admission, échappement,
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etc..), il est nécessaire de prévoir deux groupes d'outils chauffants disposés en ordre opposé. Il est évident, d'ailleurs, que, par un mouvement latéral relatif approprié entre la bloc-moteur et l'outil chauffant, on peut utiliser un seul outil chauffant.
Dans tous les cas le ou les outils chauffants doivent être convenablement disposés pour exécuter un mouvement latéral et un mouvement de rotation, de même que pour être alimentés en énergie électrique et en fluide de trempe, de manière ana- logue à ce qui a été décrit et figuré dans le brevet français N 843.538 préoité.
Lorsqu'on opère avec le dispositif de guidage en place comme le montre le dessin, l'arbre porte-outil 16' est déplacé vers le bas pour faire glisser l'assemblage d'outil chauffant dans l'ouverture de guidage 50 jusqu'à la position représentée sur la figure 2, avec le conducteur i nducteur 14 parallèle et très rapproché de la surface du siège de soupape 11, la tuyère de trempe 17 se prolongeant vers le bas dans le con- duit de soupape 12 au-dessous du siège.
Dans cette hypothèse, qui correspond à la position de travail de l'outil chauffant, le courant d'alimentation est amené au conducteur inducteur 4, à partir de la source 43, par l'intermédiaire de l'arbre porte-outil 16' et de la douille conductrice 34 suivant le circuit précédemment décrits la connexion avec la source 43 comprenant un dispo- sitif approprié quelconque d'interruption et de contrôle.
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L'excitation du conducteur inducteur en forme de boucle 14, en raison de la òrme et de la disposi- tion particulières dudit conducteur et du noyau 15 et de leur position par rapport au siège de soupape donne lieu à la production de courante annulaires de chauffage dans une zone voisine de la surface du siège et comprenant cette surface, ainsi que dans les parties voisines des surfaces adjacentes partant de la surface du siège de soupape : on produit ainsi le chauffage de la partie du bloc de cylindres qui constitue le siège de soupape et les parties adja- contes.
Pendant cette opération de chauffage on fait tourner l'outil chauffant par rapport au siège de soupape de manière à compenser toute inégalité dans la zone chauffée due à un défaut de symétrie " absolue de la parue annulaire du conducteur indue.- teur résultant de la présence des connexions d'un , côté dudit conducteur.
Lorsque la température de trempe convenable a été atteinte, on interrop l'amenée de courant au conducteur inducteur et on soulève l'outil chauffant, conjointement avec la tuyère de trempe 17, afin d'amener ladite tuyère au-dessus du niveau du siège de soupape jusqu'à une position dans laquelle le fluide de trempe (eau par exemple) s'éooulant par les ajutages de pulvérisation est dirigé oontre le siège de soupape pour le tremper, le fluide de trempe étant à ce moment amené par le canal 18 de l'arbre porte-outil.
Le moment d'appli- cation du fluide de trempe et la durée de cette ap- plication, de même que le moment et la durée d'appli- cation du courant d'excitation au conducteur indues teur, peuvent être réglés par tout dispositif connu, ou approprié queloonque de contrôle chronométrique
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non représenté.
A la fin de la période de trempe, on soulève l'arbre porte-outil 16' d'une nouvelle quantité pour dégager l'outil ohauffant et la tuyère de pul- vérisation du dispositif de guidage, afin de permet- tre le remplacement de ce dispositif, l'enlèvement du bloo-moteur ou son déplacement par rapport à l'outil, suivant les besoins et suivant que l'on utilise un seul outil chauffant pour plusieurs sièges de soupape de même diamètre, ou bien un groupe de plusieurs outils chauffants.
Lorsqu'on utilise un seul outil chauffant pour les divers sièges de soupape de même diamètre,, il faut bien entendu, deux de ces outils en raison de la différence de diamètre de la soupape d'échappement et de la soupape d'admission-
Bien que la figure 6 montre la zone trempée avec un contour particulier donné comme exemple et à titre d'illustration, il est bien.enten- du que cette zone pourrait présenter un contour par- t iculier autre que celui figurée sans que le résultat désiré cesse d'être obtenu, à savoir la réalisation d'une zone trempée au voisinage de la surface de siège de soupape, sur cette surface elle-même et sur les parties voisines.
Bien que l'on ait décrit et repré- senté ici un mode particulier de réalisation de l'in- vention, il est bien entendu que celle-ci n'est pas limitée à ces particularités et que diverses modifi- cations pourraient être introduites sans que léco- nomie.de ladite invention s'en trouve altérée,