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Inducteur pour la trempe électro-inductive en continu.
Pour effectuer le chauffage de sections étroitement déli- mitées de pièces à travailler, comme cela est nécessaire par exemple pour la trempe superficielle d'évidements en forme de rainures, on se sert rationnellement de ce qu'on appelle des boucles conductrices chauffantes qui se ferment par-dessus la surface de la pièce, Ces boucles conductrices chauffantes sont employées aussi par exemple pour le traitement des pistes de roulement des billes des bagues des paliers à billes. Le chauffage et le saisissement qui y fait suite en vue d'assurer la trompa' sont opérés par un prooessus à déplacement c'est à dire grace à un mouvement relatif entre la pièce-et le dispo- sitif de chauffage et de trempe, le liquide de saisissement s'écoulant hors de la section conductrice chauffante même sur la surface de la pièce.
Pour concentrer le champ magnétique et par là même l'effet thermique, on a déjà proposé. aussi de munir les boucles conductrices chauffantes de ce genre de ou- lasses magnétiques formées de préférence de tôles ou liasses de tôles placées les unes à côté des autres et isolées les unes des autres.
En vue de la trempe superficielle des pistes de roulement des billes des bagues de paliers à billes de diamètr.e relative- ment grand, une pareille boucle conductrice chauffante a appro= ximativement la forme que montre la fig. 1. La pièce l'repré- 'sente un tronçon de bague de palier à billes de grand diamètre dont la piste.de roulement J3 des billes doit être trempée sur sa surface. Il est prévu ici à cet effet une boucle conductri- ce chauffante 3 (figurée schématiquement en traits interrompus) dont la forme est adaptée à la courbure de la piste de roule- ment des billes etqui est munie d'une culasse magnétique 4 dont les tôles sont placées perpendiculairement à la surface de la pièce et dans la direction du mouvement d'avance.
On réalise avec une pareille boucle conductrice chauffante un profil de chauffage etpar là même un profil de trempe 5 dont la forme est indésirable. Ceci doit être évidemment attribué au fait que les parties latérales de l'évidement 2 en forme de rainure sont soumises pendant un temps relativement long à l'action des parties 3' de la boucle conductrice chauf- fante, tandis que dans la partie médiane de l'évidement, au cours de l'avance, seules les sections 3" agissent chaque fois l'une après l'autre deux fois sur le même endroit.
Un autre phénomène indésirable c'est qua les sections 3' de la boucle conductrice chauffante échauffent relativement fort dans leur
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voisinage les tôles de culasse qui s'étendent dans la même direction si l'on ne prend pas soin de ménager en cet endroit un entrefer relativement grand entre les branches du conducteur chauffant et les tôles. Mais cet entrefer provoque cette répercussion fâcheuse de diminuer fortement le rendement électrique.
La seule possibilité qu'on ait d'obvier à ces phénomènes indésirables paraissait consister jusqu'ici à ne faire travailler qu'une seule section 3" d'un conducteur conforme à la fig. 1. Mais ceci équivalait pratiquement somme toute à faire fonctionner l'appareil à l'aide d'un conducteur linéaire.
Or les conducteurs linéaires ont, comme on le sait, un rendement électrique extraordinairement mauvais.
Par opposition à ce qui vient d'être dit, l'invention permet, d'une part, de donner une forme satisfaisante à la couche de métal trempée et, d'autre part, d'assurer au fonctionnement un rendement électrique extraordinairement bon, à condition que l'inducteur affectant la forme d'une boucle conductrice chauffante possède une section perpendiculaire ou presque perpendiculaire à la surface à tremper et adaptée à la forme de cette surface, la culasse magnétique de cette section étant composée de tôles perpendiculaires à la surface de la pièce et placées dans la direction de l'avance et qu'en outre oet inducteur comporte une partie arrière en V pratiquement parallèle ou faiblement inclinée par rapport à la surface de la pièce,
la culasse magnétique de cette partie arrière étant composée de tôlesperpendiculairesà la surface de la pièce et transversales à la direction de l'avance. La partie avant sert à proprement parler de conducteur chauffant et est munie en même temps d'orifices de sortie du fluide de saisissement, tandis que la partie arrière répond dans des circonstances particulièrement favorables à la condition préalable posée par le retour des courants induits.
Dans la fig. 2 est représentée schématiquement une pareille boucle conductrice chauffante conjuguée à une pièce 1 qui (de façon correspondant à la fig. 1) représente une section partielle d'une bague de palier à billes aont la piste 2. de roulement des billes doit être trempée. La section 12 de cette boucle conductrice chauffante à laquelle sont impartis à proprement parler le chauffage et le saisissement s'étend sur la largeur de la surface de la pièce à traiter et est pratiquement perpendiculaire à elle. Elle est munie de tôles de culasse 14 faisant un angle droit avec la surface de la pièce.
Comme, dans l'exemple choisi, celle-ci est constituée par un segment de cylindre creux et que les tôles doivent se trouver dans la direction de l'avance, elles sont disposées radialement à la surface de la pièce sur le conducteur chauffant.
La disposition des tôlessera évidemment modifiée si l'évidement en forme de rainure de la pièce a d'autres tonnes ou encore s'il s'agit de ne chauffer qu'une bande ou zône d'une surface parfaitement plane. La partie arrière 11 de la boucle conductrice chauffante est agencée en forme de V c'est à dire que ses deux branches convergent vers l'endroit où se trouvent les raccordements 16. Cette section 11 en forme de V peut s'étendre parallèlement à la surface de la pièce. Mais il est également rationnel dans certaines circonstances de l'incliner légèrement vers la surface de la pièce, de façon que la pointe du V soit un peu plus rapprochée de cette pièce.
Cette section 11 en forme de V est elle-même pourvue d'une culasse magnétique dont les tôles 13 sont placées perpendiculairement à la surface de la pièce et transversalement à la direction de l'avance.
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Un pareil dispositif permet d'obtenir sans peine une couche de métal trempé 15 répondant à tous égards aux désidérata imposés aux couches trempées de ce genre quant à leur emplaoement et profil. En outre, réchauffement indésirable des tôles de la culasse magnétique est pratiquement évité. A noter qu'on obtient, au surplus, une amélioration imprévue du rendement électrique. Pour chauffer à la température de trempe une piste de roulement de billes mesurant 25 mm. de diamètre pour une avance représentant 220 mm. à la minute, il faut avec le dispositif que montre la fig. 1 une puissance de 40 KW, alors qu'avec le dispositif que prévoit l'invention il suffit d'une puissance de 15 KW.
L'inducteur conforme à l'invention et dont la fig. 2 est une simple représentation schématique peut être évidemment équipé des dispositifs supplémentaires qu'on adapte couramment pour ces applications comme des aspergeurs à air, de manière à empêcher un reflux du fluide de saisissement dans la zône de chauffage, etc. 'A titre de variante, le dispositif de saisissement ou refroidissement brusque qui est adjoint au dispositif de chauffage peut être étudié aussi comme prévu dans la technique du chauffage et de la trempe par électroinduction.
Les fig. 3 et 4 montrent vu de face et vu du dessus un mode de réalisation' pratique de l'invention. 20 désigne ici la pièce à traiter qui, dans le cas représenté, est une section de bague de' palier à billes dont la piste de roulement doit être munie d'une zône trempée 21. Suivant l'invention, l'inducteur se compose de la partie 23 dont les dimensions sont adaptées à la forïne de la section de la pièce à traiter.
La section 23 du conducteur chauffant est équipée d'une culasse magnétique 24 dont les tôles forment un feuilletis perpendiculaire à la surface de la pièce. Passant à travers des trous 25 de cette section 23 du conducteur chauffant, le fluide de saisissement arrive sur la surface échauffée de la pièce. Ainsi donc, le saisissement est assuré par le fluide même qui refroidit la boucle conductrice chauffante. Ce fluide refroidisseur pénètre dans la direction indiquée par les flèches 26 dans les deux moitiés 27' et 27" de la bride de raccordement qui sont séparées l'une de l'autre par une couche de matière isolante 28.
De là, le fluide refroidisseur pénètre dans les sections arrière 29' et 29" en forme de V du conducteur chauffant et s'écoule, après avoir parcouru ces sections, dans la section 23 de ce conducteur, puis à travers les trous 25 assurant soninjection sur la surface chauffée de la'pièce.
Pour permettre le réglage de la quantité de fluide injecté qui sort ainsi, il est prévu deux tubulures d'écoulement 30' et 30". Il suffit de manoeuvrer un obturateur pour régler à vo- lontê la quantité de liquide qui sort dans la direction indiquée par les flèche31' et 31'. On réalise ainsi en même temps un réglage de la quantité de liquide nécessaire au saisissement de la pièce. Cette disposition donne la certitude que, dans chaque cas, une quantité suffisante d'eau de refroidissement est disponible pour la partie en forme de V de l'inducteur, de sorte que même pour de fortes intensités de courant toute avarie des conducteurs chauffants par échauffement exagéré est évitée.
La section 29 en forme de V du conducteur chauffant est pourvue d'une culasse magnétique 32 dont les tôles sont placées perpendiculairement à la surface de la pièce et transversalement à la direction de l'avance.
33' et 33" désignent les boulons assurant le raccordement entreles brides 27' et 27" et les bornes d'arrivée du courant.
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Des dispositifs conformes à l'invention sont appropriés non seulement au traitement des bagues de paliers à billes mais à celui d'évidements en forme de rainures ayant d'autres profils ainsi qu'au traitement de surfaces, banaes, etc.. étroitement délimitées.
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Inductor for continuous electro-inductive hardening.
In order to effect the heating of narrowly demarcated sections of workpieces, as is necessary, for example, for the surface hardening of groove-shaped recesses, rationally, so-called heating conductive loops are used. above the surface of the workpiece, These heating conductive loops are also used, for example, for the treatment of the ball tracks of the rings of the ball bearings. The heating and the seizing which follows in order to ensure the trompa 'are operated by a displacement process, that is to say thanks to a relative movement between the part and the heating and quenching device, the seizing liquid flowing out of the heated conductive section even on the workpiece surface.
To concentrate the magnetic field and thereby the thermal effect, it has already been proposed. also to provide the heating conductive loops with this type of magnetic pad preferably formed of sheets or bundles of sheets placed one beside the other and insulated from one another.
In view of the surface hardening of the ball races of the rings of ball bearings of relatively large diameter, such a heating conductive loop has approximately the shape shown in FIG. 1. Part 1 is a large diameter ball bearing race section of which the ball raceway J3 is to be hardened on its surface. A heating conductive loop 3 (shown schematically in broken lines) is provided here for this purpose, the shape of which is adapted to the curvature of the ball rolling track of the balls and which is provided with a magnetic yoke 4, the sheets of which are placed perpendicular to the workpiece surface and in the direction of the feed movement.
With such a conductive heating loop, a heating profile is produced and thereby a quenching profile 5, the shape of which is undesirable. This must of course be attributed to the fact that the lateral parts of the groove-shaped recess 2 are subjected for a relatively long time to the action of the parts 3 'of the heating conductive loop, while in the middle part of the heating conductor loop. the recess, during the feed, only the sections 3 "act each time one after the other twice on the same place.
Another undesirable phenomenon is that the sections 3 'of the heating conductive loop heat up relatively strongly in their
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in the vicinity of the cylinder head plates which extend in the same direction if care is not taken to provide a relatively large air gap at this location between the branches of the heating conductor and the plates. But this air gap causes this unwelcome repercussion of greatly reducing the electrical efficiency.
The only possibility that we have to obviate these undesirable phenomena until now seemed to consist in making work only one section 3 "of a conductor conforming to fig. 1. But this was practically equivalent to making it work. the device using a linear conductor.
However, linear conductors have, as we know, an extraordinarily poor electrical efficiency.
As opposed to what has just been said, the invention makes it possible, on the one hand, to give a satisfactory shape to the hardened metal layer and, on the other hand, to ensure an extraordinarily good electrical efficiency in operation, provided that the inductor in the form of a heating conductive loop has a section perpendicular or almost perpendicular to the surface to be quenched and adapted to the shape of this surface, the magnetic yoke of this section being composed of sheets perpendicular to the surface of the part and placed in the direction of advance and that in addition oet inductor comprises a rear V-shaped part practically parallel or slightly inclined with respect to the surface of the part,
the magnetic yoke of this rear part being composed of sheets perpendicular to the surface of the part and transverse to the direction of advance. The front part is used strictly speaking as a heating conductor and is provided at the same time with outlet orifices for the gripping fluid, while the rear part responds in particularly favorable circumstances to the precondition posed by the return of the induced currents.
In fig. 2 is shown schematically such a heating conductive loop combined with a part 1 which (corresponding to Fig. 1) represents a partial section of a ball bearing ring aont the ball rolling track 2. must be hardened. The section 12 of this heating conductive loop to which the actual heating and gripping are imparted extends over the width of the surface of the workpiece and is practically perpendicular to it. It is provided with cylinder head plates 14 forming a right angle with the surface of the part.
As, in the example chosen, this is formed by a hollow cylinder segment and the sheets must be in the direction of advance, they are arranged radially on the surface of the part on the heating conductor.
The arrangement of the sheet metal will obviously be modified if the groove-shaped recess of the part has other tons or if it is only to heat a strip or area of a perfectly flat surface. The rear part 11 of the heating conductive loop is arranged in the shape of a V, that is to say that its two branches converge towards the place where the connections 16 are located. This section 11 in the form of a V can extend parallel to the surface of the room. But it is also rational in some circumstances to tilt it slightly towards the surface of the part, so that the point of the V is a little closer to that part.
This V-shaped section 11 is itself provided with a magnetic yoke, the plates 13 of which are placed perpendicular to the surface of the part and transversely to the direction of advance.
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Such a device makes it possible to obtain without difficulty a hardened metal layer 15 meeting in all respects the requirements imposed on the hardened layers of this kind as regards their location and profile. In addition, unwanted heating of the magnetic yoke sheets is practically avoided. It should be noted that, in addition, an unforeseen improvement in electrical efficiency is obtained. To heat a 25 mm ball rolling track to the quenching temperature. in diameter for an advance representing 220 mm. per minute, it is necessary with the device shown in fig. 1 a power of 40 KW, while with the device provided for by the invention, a power of 15 KW is sufficient.
The inductor according to the invention and of which FIG. 2 is a simple diagrammatic representation can obviously be equipped with the additional devices that are commonly adapted for these applications such as air sprinklers, so as to prevent backflow of the capture fluid into the heating zone, etc. As a variant, the sudden gripping or cooling device which is attached to the heating device can also be designed as provided in the technique of heating and quenching by electroinduction.
Figs. 3 and 4 show, seen from the front and seen from above, a practical embodiment of the invention. 20 denotes here the part to be treated which, in the case shown, is a ring section of the ball bearing, the rolling track of which must be provided with a hardened zone 21. According to the invention, the inductor consists of part 23, the dimensions of which are adapted to the shape of the section of the part to be treated.
The section 23 of the heating conductor is equipped with a magnetic yoke 24 whose sheets form a sheet perpendicular to the surface of the part. Passing through holes 25 of this section 23 of the heating conductor, the gripping fluid arrives on the heated surface of the part. Thus, the grip is provided by the fluid itself which cools the heating conductive loop. This cooling fluid enters in the direction indicated by arrows 26 into the two halves 27 'and 27 "of the connecting flange which are separated from each other by a layer of insulating material 28.
From there, the cooling fluid enters the V-shaped rear sections 29 'and 29 "of the heating conductor and flows, after having passed through these sections, into section 23 of this conductor, then through the holes 25 ensuring its injection. on the heated surface of the room.
To allow the adjustment of the quantity of injected fluid which thus comes out, two flow nozzles 30 'and 30 "are provided. It is sufficient to operate a shutter to adjust the quantity of liquid which leaves in the direction indicated. by the arrows 31 'and 31'. Thus, at the same time, an adjustment of the quantity of liquid necessary for gripping the part is carried out. This arrangement ensures that, in each case, a sufficient quantity of cooling water is available for the V-shaped part of the inductor, so that even for high current intensities any damage to the heating conductors by excessive heating is avoided.
The V-shaped section 29 of the heating conductor is provided with a magnetic yoke 32, the sheets of which are placed perpendicular to the surface of the workpiece and transverse to the direction of advance.
33 'and 33 "designate the bolts ensuring the connection between the flanges 27' and 27" and the current inlet terminals.
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Devices according to the invention are suitable not only for the treatment of ball bearing rings but also for the treatment of groove-shaped recesses having other profiles as well as for the treatment of narrowly defined surfaces, banaes, etc.