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Procédé et dispositif pour tremper par chauffage électro- inductif la surface de tourillons, notamment des manetons de vilebrequin.
Il est connu en soi d'opérer la trempe superficielle par chauffage électro-inductif en employant des bobines à une ou plusieurs spires, connectées directement ou par l'inter- médiaire d'un transformateur à la source d'énergie électrique.
On a déjà aussi proposé de chauffer de cette manière la surface de tourillons, notamment de manetons de vilebrequin, et de la tremper par saisissement une fois atteinte la température de trempe voulue. Avec les manetons de vilebrequin surtout, mais également avec d'autres surfaces de.portée usinées au tour, délimitées par un ou plusieurs bourrelets, on cherchait jusqu'à présent à réaliser une couche trempée ayant la même @
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épaisseur sur toute la surface de portée. Toutefois, on exigeait que la couche trempée se termine en décroissance aux abords des congés de raccordement avec les bourrelets et les flasques de la manivelle de vilebrequin, et n'atteigne pas la zone du congé.
Des conceptions plus récentes sur l'effet exercé par la trempe superficielle sur les qualités mécaniques du produit entier achevé ont fait exiger que les congés soient eux aussi pourvus d'une couche trempée, afin de prévenir en ces endroits la production de ruptures dues à la fatigue. Selon ces nouvelles conceptions la couche trempée uniforme ne doit se terminer en décroissance que dans les flasques et bourrelets de la manivelle de vilebrequin.
Une telle trempe ne peut guère être réalisée à l'aide d'une bobine à induction usuelle entourant la péri- phérie du maneton et recouvrant le maneton axialement en sub- stance sur toute sa longueur. Une pareille bobine donne tou- jours lieu à une couche trempée qui se termine en décrois- sance juste avant les congés au lieu de se prolonger dans ceux-ci. Même en employant des bobines d'une forme telle que la bobine recouvre non seulement la surface de portée propre- ment dite, mais encore les congés et éventuellement aussi les surfaces délimitatrices proprement dites des flasques et bourrelets, on ne réussit guère à former une couche trempée qui, selon l'objectif formulé, s'étende sur les congés jusque dans les flasques et bourrelets.
Il se produit plutôt sim- plement un. chauffage en profondeur peu rationnel et, partant, une trempe au milieu du maneton, tandis que les congés, les flasques et les bourrelets demeurent dans une large mesure soustraits au traitement thermique. En d'autres cas il se produit en dehors du chauffage en profondeur irrationnel des surfaces de portée une surchauffe des bords des flasques ou des bourrelets, tandis que les congés ne sont pas non plus chauffés ou trempés.
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L'invention procure pour les tourillons ou manetons trempés du genre précité un procédé de chauffage spécial - et un dispositif pour exécuter ce procédé - afin que les congés et les parties adjacentes des bourrelets et flasques puissent aussi être pourvus d'une couche trempée. Le procédé consiste à associer d'une part une bobine à la surface de portée et d'autre part une bobine à chaque congé.
On fait en sorte que ces bobines, que pour la convenance,on connectera à la même source de courant électrique, mais qui peuvent aussi être alimentées par des sources de courant distinctes, soient mises en circuit successivement de manière que les bobines adjacentes aux congés soient enclenchées les premières.Après que l'influence de ces bobines s'est manifestée pendant un certain temps, on enclenche aussi la bobine associée à la surface de portée. Lorsque la température de chauffage voulue est atteinte, on déclenche toutes les bobines simultanément, après quoi on trempe la pièce de manière 'connue en soi.
L'enclenchement successif ou échelonné a pour conséquence de produire d'abord un certain chauffage'aux abords des congés.
En général, on n'enclenchera les bobines destinées au chauf- fage des congés que quelques secondes plus tôt que la bobine adjacente à la surface de portée. Ce laps de temps suffit pour réaliser en définitive une profondeur de chauffage uniforme et, partant, une profondeur de trempe uniforme sur toute la sur- face de portée au'voisinage des congés et jusque dans les par- ties latérales des flasques et des bourrelets de la manivelle de vilebrequin.
Il est remarquable qu'en opérant un déclenchement simultané de tout le dispositif de chauffage on ne peut pas obtenir ce résultat par une simple adaptation de la forme des bobines au but qu'on se propose d'atteindre. Cela doit être attribué au fait que la résistance totale suivant le
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trajet passant dans les congés, flasques et bourrelets est plus élevée que dans les surfaces de portée et qu'on provoque ainsi une concentration des courants et, partant, un chauffa- ge intense indésirable dans les surfaces de portée.
Pour exécuter le procédé, on conforme le dispositif, c'est-à-dire la chape chauffante, de manière que la bobine adjacente à la surface de portée soit très étroitement couplée avec celle-ci. Aux bobines servant à chauffer les congés on donne la forme de bobines plates, de telle manière qu'elles soient couplées avec le flasque et le bourrelet plus étroi- tement qu'avec le congé et la partie de la surface de portée, qui se raccorde au congé.
Le corps de la chape chauffante, qui réunit en lui les différentes bobines, est fait en une matière isolante, par exemple de la nature de l'isolant connu sous le nom de "novotex", et il est creux. Avec le creux du corps communi- quent des tuyères à travers lesquelles on peut projeter sur la surface de la pièce un liquide de refroidissement pour produire après le chauffage le saisissement nécessaire.
Avantageusement, on conforme la chape chauffante de façon qu'elle puisse s'ouvrir autour d'une charnière, comme cela a déjà été proposé pour les chapes de ce type.
On établit le contact pour les bobines à alimenter les premières en fermant la chape chauffante, tandis que l'établissement du contact pour la bobine associée à la sur- face de portée s'opère en rapprochant l'une de l'autre les extrémités d'appendices partiellement isolés l'un de l'autre.
On décrira ci-après l'invention plus en détail en se référant au dessin annexé.
La fig. 1 représente en élévation le maneton 1 au- quel se raccordent les flasques 2 et les bourrelets 3 de la manivelle d'un vilebrequin. L'objectif qu'on se propose de réaliser consiste à produire sur la surface de portée du
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maneton et sur les congés une couche trempée continue, comme e'est indiqué en 4 sur le dessin. La chape chauffante employée pour exécuter le procédé, qui est montrée en coupe, est un corps creux 5 fait en matière isolante. Celui-ci réunit en un tout rigide les bobines 6, servant à chauffer les parties de la pièce adjacentes aux congés, et la bobine 7 servant à chauffer la surface de portée. Les bobines 6 sont des bobines plates et leur face plate est disposée au voisinage des flas- ques 2 et des bourrelets 3 de manière à être étroitement couplés avec eux.
A l'égard de la partie de la surface de portée, qui est adjacente aux congés, les bobines 6 ont un mauvais couplage. Avec un maneton ou tourillon ne comportant qu'un seul bourrelet, par exemple avec un tourillon d'extré- mité, on ne prévoit évidemment qu'une bobine 6 et on omet l'autre. Si les parties de la pièce, qui délimitent'la sur- face de portée, sont dissymétriques par rapport à l'axe du maneton ou tourillon, on assure le chauffage uniforme des congés par un choix approprié du couplage entre les bobines et les bourrelets ou flasques et entre les bobines et le maneton.
Pour une faible masse de métal on emploie un couplage lâche, pour une masse de métal plus grande un couplage plus serré. La bobine 7 servant à chauffer la surface de portée est une bo- bine plate.
Dans l'exemple d'exécution représenté, seules les bobines à une spire 6 ont la forme de tubes refroidis par l'eau. Dans certains cas le refroidissement par l'eau peut aussi être omis. D'autre part, toutefois, la bobine plate 7, en cuivre plein, peut elle aussi être pourvue d'un refroidis- sement par l'eau. Au lieu des bobines à une seule spire on peut aussi employer dans chaque cas des bobines à plusieurs spires si cela s'avère avantageux. Selon la forme de la pièce, on peut aussi employer au lieu des bobines plates des bobines
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d'un autre profil (triangulaire, quadrilatéral, oval ou ana- logue). La fig. 3 montre schématiquement deux formes de réalisation éprouvées pour les bobines 6 et leur disposition par rapport à la surface à chauffer, c'est-à-dire en l'occur- rence par rapport à un congé de la pièce 1.
De ces croquis ressortent aussi les variantes possibles des rapports de cou- plage.
Ainsi qu'on l'a déjà souligné, le corps 5 portant les bobines est creux.'Le creux@du corps comporte un raccord d'arrivée d'eau 8 et, d'autre part, des tuyères 9 braquées sur les surfaces de la pièce. Une fois. le chauffage terminé, on envoie de l'eau de refroidissement par le raccord 8 pour produire à travers les tuyères 9 la trempe de la pièce. Une partie des tuyères traversent la bobine plate 7.
On connecte les bobines 6 d'une part et la bobine 7 d'autre part avantageusement à la même source de courant élec- trique et on les monte à cet effet en parallèle. Il serait naturellement aussi possible, en soi, de connecter la bobine 7 d'une part et les deux bobines 6 d'autre part respectivement à des sources de courant différentes, mais en général un tel montage ne sera guère réalisable en raison des frais élevés qu'entraine l'établissement des sources d'énergie. Pour autant que le montage soit choisi de manière que les deux types de bobines doivent être raccordés à la même source d'énergie, il faut veiller à ce que le contact pour les bobines 6 s'établis- se plus tôt que pour la bobine 7 afin que le procédé soit exé- cuté correctement.
Suivant l'invention, on atteint ce but de la manière suivante : Comme on l'a déjà mentionné, l'ensemble de la chape chauffante s'ouvre autour d'une charnière de façon qu'on puisse la placer à l'endroit à chauffer. Le contact pour les bobines 6 s'établit de manière simple quand on ferme la chape
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chauffante, du fait que les extrémités des moitiés de bobines viennent en contact l'une avec l'autre sans interposition d'i- solant à l'endroit de la séparation. On assure la position des extrémités des moitiés de bobines l'une par rapport à l'autre de manière connue, par exemple 'à l'aide de serre-joints ou organes analogues. On obtient l'établissement de contact différé entre les extrémités des moitiés de la bobine 7 par les moyens qui sont indiques de manière purement schématique sur la fig. 2.
Sur la fig.2 est indiquée en 7 la bobine plate annulaire qui comporte desanenées de courant 12 isolées l'une de l'autre. Les extrémités des deux motiés de la bobine sont prolongées vers l'extérieur d'une courte distance sous forme d'appendices 10 isolés l'un de l'autre.
La couche isolante est indiquée en 13. Les appendices 10 dépassent l'isolant intercalaire 13 d'une faible distance et en cet endroit est disposé un serre-joint 11, de préférence magnétique, qui permet de rapprocher les extrémités des appen- dices 10 de façon à établir le contact électrique entre les deux appendices. On actionne le serre-joint à l'instant où le chauffage produit à l'aide des bobines 6 a atteint un certain degré. Le serre-joint peut être actionné par relais ou de toute autre manière appropriée, comme en général l'en- clenchement successif des différentes bobines peut être réali- sé à l'aide de tout dispositif électromagnétique approprié.
La mesure dans laquelle le chauffage produit à l'aide des bobines 6 doit précéder le chauffage produit à l'aide de la bobine 7 peut être déterminée par des essais à blanc simples. On peut en même temps adapter aux exigences du service "l'étagement en durée" (rapport de la durée d'en- clenchement des bobines 6 à la durée d'enclenchement de la bobine 7) et "l'étagement en puissance"(rapport de la puissance fournie aux bobines 6 à la puissance fournie à la
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bobine 7). Par les moyens décrits on réussit sans difficulté à produire une couche trempée dont l'allure correspond à la forme idéale indiquée en 4 sur la fig. 1. On n'observera des irrégularités, d'ailleurs insignifiantes, de la profondeur de trempe qu'au voisinage du raccordement des congés avec la surface de portée.
Ces irrégularités ne prendront une ampleur nuisible que si le couplage des bobines 6 par rapport aux con- gés ou aux parties de la surface de portée, qui sont adjacen- tes aux congés, n'est pas établi correctement ou si la bobine 7 n'a pas une longueur axiale suffisante.
De la disposition mutuelle des bobines et de la po- sition des bobines par rapport aux surfaces de portée tour- nées, aux congés et aux flasques ou bourrelets, on devrait à première vue s'attendre à un profil de chauffage entièrement différent de celui qu'on obtient en réalité. On ne pouvait notamment pas présumer qu'avec une pareille disposition, combinée au chauffage échelonné dans le temps, on obtiendra aussi un chauffage d'une profondeur uniforme aux congés sans transitions gênantes. Le fait qu'il se forme une couche trera- pée comme celle indiquée en 4 sur la fig. 1 doit être attribué entre autres à ce que les trajets de résistance aux courants de Foucault dans les flasques et bourrelets sont plus longs que les trajets de résistance aux courants de Foucault aux abords de la surface du maneton.
Il faut ainsi pour les bourrelets et flasques une plus grande quantité d'énergie qui ne peut guère être fournie par une répartition des cou- rants dans l'inducteur si le chauffage se fait simultanément sans étagement dans le temps.
Dès l'instant où, après le chauffage préliminaire produit à l'aide des bobines 6 seules, on enclenche toutes les bobines, les courants chauffants se répartisent selon les impédances des différentes sections de bobines.