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PERFECTIONEmmTS z 3. TBEMPE PAR INDUCTION zur E1".U'E .L.i.Ll'.V.L'1LY V.C'i
La présente invention se rapporte à des perfectionnements à la trempe à haute fréquence des pièces métalliques de machine et, plus particulièrement, à la trempe en surface des arbres porteurs et analogues. Elle a'pour but la constitution d'un appareil et dtune méthode perfectionnée en vue de l'obtention d'une distribution-plus uniforme de réchauffement, et de l'effet de durcissement qui- en ré- ' sulte sur toute la longueur ou sur toute la surface de la partie de la pièce en traitement. @
Il a été constaté, par;
exemple, que, dans la trempe super- ficielle d'un arbre porteur-cylindrique au moyen d'une bobine à haute fréquence entourant la partie porteuse en traitement, en spires espacées, coaxiale au dit-arbre, que, dans certains cas et par suite
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des forces oontre-magnéto-rootrioes,.'développées dans le corps de la
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pièce en traitement et de l'effet qui en résulte sur l'écoulement du flux, il se produit une irrégularité dans la profondeur de la trempe.
Cette variation de la profondeur d'échauffement, considérée dans le sens longitudinal de la pièce présente la forme d'un plissement su- perficiel de forme ondulée, dans lequel le sommet de la région d'onde durcie, ou de la plus grande profondeur de,durcissement se place en des points situés sous chaque spire de la bobine chauffante.
Pour remédier à cette variation nuisible de profondeur de trempe, il est prévu, conformément à l'invention, un élément formant écran, disposé, de préférence, concentriquement par rapport à la bobine chauffante et dans une position convenable par rapport à celle-ci, de telle sorte qu'elle soit en relation-de couplage avec le trajet du flux magnéti- que des spires de bobine considérées et que le dit écran donne nais- sance à des forces contre-magnéto-motrices locales influenç-ant ou commandant le champ du flux résultant, afin de compenser l'effet d'onde ci-dessus mentionné et, en conséquence, de donner lieu à une plus grande uniformité de profondeur de la surface en traitement.
On se rendra mieux compte des caractéristiques et des ef- fets avantageux de la présente invention en se reportant aux dessins joints qui en représentent schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, un mode de mise en oeuvre et sur les différentes figures desquels les mêmes signes de référence désignent les mêmes organes.
La figure 1 est une vue en élévation avec coupe partielle d'un système de bobine chauffante à induction, telle que jusqu'à pré- sent utilisée. On a indiqué sur cette figure l'ondulation, ou irré- gularité de la profondeur d'échauffement qui se produit communément.
La figure 2 est une vue de même type représentant,l'appli- cation ausysteme de l'élément formant écran conformément à l'inven- tion et destiné, grâce au contrôle antagoniste ou compensateur qu'il exerce sur le flux de la bobine primaire, à l'obtention d'une profon- duer de chauffage uniforme.
La figure 3 représente en perspective l'appareil chauffant perfectionné selon l'invention et comportant la bobine et l'écran
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fendu qui l'entoure. pendant l'opération de chauffage par induction de la pièce' @ contre- à traiter, les forces*magnéto-motrices développées par le passage du courant à la surface de la pièce à traiter ont une amplitude qui dé- pend de divers facteurs tels que le coefficient d'accouplement, l'épaisseur de paroi, la température, la perméabilité magnétique, la résistivité et la nature de la matière de la dite pièce.
Ces forces contre-magnéto-motrices dans les dispositions connues généralement employées, tendent à causer une distorsion des forces magnétro-motri- oes primaires des différentes spires de la bobine de chauffage, ce qui a pour résultat la non uniformité de la profondeur d'échauffement des couches superficielles de la pièce.
Cet effet est indiqué schématiquement à la figure' l, où l'on a représenté remploi d'une bobine chauffante unique A, à la ma- nière usuelle, pour le chauffage par induction de la pièce W à trai- ter entourée concentriquement par la bobine à une distance convenable.
La bobine est excitée par la source à haute fréquence habituelle, in- , diquée schématiquement. Pendant le chauffage au moyen de cette dispo- sition, usuelle à induction, il se produit un effet non compensé sur le champ de la bobine primaire, par suite des diverses forces contre- magnéto-motrioes développées à l'intérieur du oorps de la pièce en traitement, ce qui donne naissance à l'écoulement d'un flux résultant et à,un effet cumulatif de chauffage .de profondeur non uniforme, dont la variation, considérée ,Longitudinalement par rapport à la pièce, prend la forme d'un plissement superficiel ou d'une ondulation dont la crête, ou la profondeur de chauffage maximum,
se plaoe dans le plan transversal de chaque spire 'de la bobine chauffante, comme indiqué schématiquement à la figure 1, le minimum de profondeur de chauffage se trouvant dans le plan horizontal intermédiaire entre deux spires de la bobine, comme indiqué.
Conformément à l'invention et dans le but d'éliminer bette variation nuisible de la profondeur de chauffage et de l'effet de trem- @ pe correspondant, il est, prévu, comme représenté par exemple à, la figu-
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re 2, un organe S formant écran, en matière à.haute conductibilité électrique, sous la forme d'.un manohon pourvu longitudinalement d'une fente verticale 4, s'étendant sur toute sa longueur. Suivant ce mode de réalisation de l'invention, une bobine chauffante hélicoïdale A de diamètre uniforme, est employée.
Elle entoure la pièce à traiter W qui, comme représentée a ici la forme d'un arbre cylindrique et est placée dans la bobine, ooaxialement par rapport à celle-ci et à la distance voulue pour l'obtention du chauffage par induction désiré.
La bobine est représentée en série avec un circuit à haute fréquence C. L'écran égalisateur S, comme indiqué, est également coaxial par rapport à la bobine chauffante et disposé de manière'à entourer celle- ci à une distance convenable. Sa longueur totale dans le sens verti- cal s'étend légèrement au-dessous des extrémités de la bobine de ohauf: fage par induotion A
L'écran égalisateur ioi décrit, conformément à ltinvention, , diminue la distorsion des forces magnéto-motrices primaires, résultant des forces contre-magnéto-motrices développées à l'intérieur de la pièce,.
Il assure 'ainsi un écoulement plus uniforme du oourant à la surface de la pièce et, par suite, l'uniformité de profondeur de Fef- fet chauffant désirée sur toute la surface de la pièce en traitement.
Comme on le remarquera, l'écran égalisateur S, par suite de la présen- ce de la fente verticale 4, ne constitue pas une spire en court-cir- cuit, avec le courant induit qui en résulterait et son effet correc- teur sur le champ primaire dépend des oourants de Foucault développée dans les diverses régions de l'écran. Ceci résulte également de ce que les flux ont un effet antagoniste et de distorsion sur la grandeur des forces contre-magnéto-motrices induites par les diverses régions de la pièce en traitement, de telle sorte qu'ils compensent ou annu- lent toute tendance à la distorsion du champ effectif, en rétablissant, comme indiqué, l'uniformité de profondeur du chauffage.
En conséquen- ce, les différences de densité de flux induit dans les régions voisi- nes de l'écran font circuler dans le dit écran des courants de Foucault de manière à donner naissance à des forces contre-magnéto-motrices
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,telles qu'elles rétablissent le flux,de chaque région à un,niveau uniforme. La distorsion normale,',telle qu'indiquée à propos de la . figure 1 est dose combattue et le flux est contraint de parcourir la pièce en traitement d'une manière pratiquement uniforme.
Comme représenté aux figures 8 et 3, l'écran S conforme à l'inventionest, de préférence, mis à la terre au moyend'un conduc- tour 7, ce qui permet la décharge électrostatique de l'écran, le pro- tégeant ainsi contre les troubles provenant du voisinage des corps externes et contribuant ainsi à l'uniformité désirée des résultats' du chauffage. On peut également, selon une variante de réalisation, prévoir une connexion 8 entre la bobine et l'écran, comme indiqué; ¯ - de manière à connecter l'écran en série avec le conducteur 7.
De la sorte, par mise à la terre de la spire centrale de la bobine, la tension capacitaire des spires extrêmes par rapport aux "masses" extérieures, toiles que le bâti et la pièce à traiter, est réduite au minimum. L'écran électrostatique .ainsi constitué égalise aussi les tensions entre spires de la bobine, en fonctionnant comme potentiomètre capacitaire aux bornes de.la.série de spires constituant la bobine.
Ceci réduit au minimum la tendance à toute accumulation anormale des tensions en un point quelconque de;, la bobine et, par suite,, réduit le danger de "claquages'
La source à haute fréquence utilisée à la mise en oeuvre de l'invention aura, de préférence, une fréquence égale ou supérieure à
1.000.000. de périodes par seconde et, de préférencede l'ordre de
5.000.000 de périodes par seconde, ou davantage, ce qui réduit la du- rée du chauffage et les pertes par conduction calorifique, en permet- tant un effet "d'auto-trempe" par la masse métallique non chauffée de la pièce en traitement.
L'invention n'est, bien entendu, pas limitée à la forme de réalisation particulière décrite et représentée aux dessins et il doit être entendu que de nombreuses modifications peuvent être apportées à cette dernière, .sans sortir de 1'-esprit, de l'invention..