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Dispositif de chauffe par induction et de trempe.
La présente invention concerne une spire de chauffe par induction combinée avec un dispositif ou bague de trempe servant à des traitements de chauffe par induction. Plus spécialement, l'in- vention se rapporte à un appareillage comprenant une spire de chauffe par induction séparée pour le traitement thermique de l'entièreté ou d'une partie de la surface d'un objet tel qu'un arbre, une came ou une autre pièces semblable, et un dispositif de trempe séparé pour tremper ensuite la partie chauffée de l'objet en vue du dur- cissement.
Pour pouvoir tremper superficiellement par induction des pièces en acier allongées à grande vitesse de production, sans devoir utiliser des générateurs haute fréquence coûteux de très grande puissance, il faut déplacer de façon relative la pièce à
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l'intérieur d'une spire inductrice de chauffe qui est capable d'introduire une grande partie de l'énergie dans une petite par- tie de la pièce, et il faut tremper ensuite la partie chauffée.
Conformément à l'invention, une petite spire inductrice de chauffe capable de véhiculer des courants importants balaie la pièce, et une bague de trempe séparée est ajoutée pour le refroidis- sement. La bague de trempe est, de préférence, évasée dans la di- rection opposée à la spire pour obtenir une meilleure trempe, l'eau de trempe étant projetée loin de la spire inductrice de chauffe.
De cette manière, l'invention crée un dispositif com- prenant une spire inductrice de chauffe et une bague de trempe, de faibles dimensions physiques mais de bon rendement électrique et mécaniquement résistant.
Dans la technique de la trempe par induction du type décrit, il est souvent intéressant d'appliquer le liquide de trempe à la surface chauffée, très vite après que la surface de l'objet a de trempe atteint sa température/ou toute température désirée. C'est-à-dire que la bague de trempe doit se trouver très près de la spire inductrice de chauffe, afin que l'objet puisse passer rapidement de la spire inductrice de chauffe à la bague de trempe avant d'avoir perdu de la chaleur par rayonnement, et avant que le coeur de l'ob- jet s'échauffe plus qu'il ne faut par conduction de chaleur venant de la surface extérieure beaucoup plus chaude. Conformément à cet aspect de l'invention, la spire inductrice de chauffe et la bague de trempe sont placées très près l'une de l'autre.
Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, la spire inductrice de chauffe et la bague de trempe sont isolées électrique- ment entre elles afin d'empêcher un échauffement excessif de la bague de trempe. L'isolement électrique est obtenu par une matière isolante mince placée entre la spire inductrice de chauffe et la bague de trempe, et en réalisant des circuits de circulation d'eau séparés pour la réfrigération de la spire inductrice de chauffe et
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pour l'alimentation en liquide de refroidissement de la bague de trempe. Pour réaliser un ensemnle solide, on réunit la spire induc- trice de chauffe et la bague de trempe au moyen de plusieurs vis ; mais celles-ci sont isolées de l'une ou l'autre des parties afin d'éviter un court-circuit entre la spire inductrice de chauffe et la bague de trempe.
Dans une autre forme d'exécution préférée de l'invention, la spire inductrice de chauffe et la bague de trempe sont construites combinées de façon que la spire forme une paroi de la bague de trempe.
Plusieurs formes d'exécution préférées de l'invention sont représentées, à titre d'exemple, aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue en plan d'un appareillage combiné comprenant une spire inductrice de chauffe et un dispositif de trempe ; .La figure 2 est une vue de face de celui-ci;
Les figures 3, 4,5 et 6 sont des coupes respectivement suivant les lignes III-III, IV-IV, V-V et VI-VI des figures 1 et 2;
La figure 7 est une vue en plan d'un conducteur façonné de manière a être la partie véhiculant le courant de la spire inductri- ce de chauffe de l'appareillage de la figure 1;
Les figures 8 et 9 sont des coupes suivant les lignes VIII-VIII et IX- IX de la figure 7;
La figure 10 est une coupe d'une variante de l'invention; et
La figure 11 est une coupe de cette variante suivant la ligne XI-XI- de la figure 10.
En se reportant à la forme d'exécution des figures 1 à 9, l'appareillage de chauffe par induction et de trempe comprend une spire inductrice'de chauffe, désignée dans son ensemble par le chiffre de référence 2, et un dispositif ou bague de trempe dési- gné dans son ensemble par la référence 4, à laquelle elle est fixée.
Par raison de convenance, la spire inductrice de chauffe a été représentée en avant du dispositif de trempe 4, mais il est clair
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que l'appareillage peut être utilisé dans n'importe quelle position.
La spire inductrice de chauffe comprend un conducteur de courant et un dispositif de renforcement, celui-ci ayant comme rôle supplémentaire de servir de dispositif de fixation de la spire à la bague de trempe. Le conducteur a une forme représentée plus spécialement aux figures 7-9 et consiste en un tube de cuivre creux de petites dimensions façonné de manière à former une pre- mière spire plate 6 et une seconde spire plate 8, le mot plat signifiant qu'en pratique il n'y a pas de pas hélicoïdal. Les spires 6 et 8 sont de préférence parallèles, ayant une périphérie circulaire centrale déterminée par la paroi interne des spires.
Chaque spire est ouverte ou fendue sur sa circonférence, ce qui veut dire que chaque spire a des bouts qui se font face et qui sont séparés par un léger espace, de sorte que la spire ne forme pas une bague ou un cercle complet. Les spires sont mises en série mécani- quement et électriquement au moyen d'un conducteur de liaison court axial ou vertiaal 10, qui est formé du même tube de cuivre creux et qui est logé dans la fente ouverte de chaque spire. La pièce de liaison 10 est fixée à un bout de chaque spire par l'intermé- diaire de joints diagonaux étanches au liquide, de sorte que le passage dans le conducteur est creux de façon continue, et que des ouvertures ou espaces d'isolement 12 et 14 sont prévus dans les spires 6 et 8 respectivement.
Il faut remarquer que les ouvertures 12 et 14 dans les spires, ne sont pas en alignement dans le sens axial, mais sont décalées circonférentiellement de manière à se trouver de part et d'autre de la connexion 10. On obtient ainsi un conducteur à deux spires, et on peut évidemment, si on le désire, ajouter davantage de spires et de connexions de ce type. L'in- ducteur peut aussi être formé d'une seule spire.
Pour l'amenée à et le départ du courant des spires de l'inducteur, des parties droites de conducteurs 16 et 18 sont fixées, par l'intermédiaire de joints étanches au liquide, aux
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bouts des spires restés libres, c'est-à-dire ceux qui n'onb pas été réunis à la connexion 10. La partie de conducteur 16 s'écarte de la. spire 6 vers l'extérieur, et la partie de conducteur 18 en fait de même avec la spire 8, la connexion 10 étant localisée dans l'espace entre les parties de conducteur. Celles-ci sont parallè - les entre elles mais se trouvent à des niveaux ou dans des plans différents, chaque partie se trouvant au niveau de la spire à la- quelle elle est associée.
Afin de donner de la rigidité au conducteur à deux spires, c'est-à-dire dans le but de le rendre suffisamment indéformable pour qu'il ne puisse être plié avec les .:nains, des renforcements son prévus sous la forme de plaques de forme plate parallèles; chacune des plaques est fixée à une des spires et à son conducteur par de la soudure ou de la brasure à l'argent. Chaque plaque consiste en une patte suivant la partie de conducteur lui associée et en un disque fendu adapté autour de la spire associée.
Comme indiqué plus spécialement aux figures 1 à 6, la plaque supérieure pour la spire 6 a une patte 22 qui s'épanouit en un disque fendu 24. Le disque a une ouverture centrale servant à recevoir la spire 6, et un bord radial 26 écarté de la partie de conducteur 16 de manière à former un espacement isolant 28 qui est un prolongement de l'espacement 12 dans la spire 6. Ainsi la fente ou l'ouverture dans le disque 24 a. une largeur égale à la somme de la largeur de l'espacement 12 et de la largeur de la par- tie de conducteur 16.
La plaque associée à la spire 8 comprend une patte 30 le long de la partie de conducteur 18 et un disque fendu 32 adapté autour de la spire 8 ; disque 32 ayant un bord radial 34 écarté de la partie de conducteur 18, et formant un espace isolant 36 prolongeant l'espace 14 dans la spire 8., Une bande 40 est brasée le long d'une partie du conducteur 18 du côté faisant face à la partie de conducteur 16. Cette bande 40 est terminée par un rebord
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42 écarté du disque 32 par raison d'isolement.
On obtient ainsi une construction de spire inductrice de chauffe rigide comprenant plusieurs spires, 6 et 8, de tube de cuivre creux; des parties de plaques en forme de disques, 24 et 32, brasées aux spires ; des parties de conducteur d'amenée de courant, 16'et 18, dirigées vers l'extérieur; et des parties de plaques de renforcement, 22, 30 et 40 brasées aux parties de conducteur. Afin que l'on puisse connec- ter les connexions de courant à la spire inductrice de chauffe et lui fournir du liquide de réfrigération, et afin de la rendre en- core plus rigide, la spire est munie de blocs métalliques d'entrée et de sortie d'eau 44 et 46, et de nervures de renforcement 48 et 50.
Les blocs 44 et 46 pour l'eau, sont relativement épais et ils sont pourvus chacun d'un trou.taraudé 52 d'une conduite 54, les trous recevant les connexions de tuyauterie d'eau. Le bloc 44 est brasé aux extrémités extérieures de la patte 22 et de la partie de connexion 16, celle-ci ayant une ouverture s'adaptant sur la conduite 54 pratiquée dans le bloc. De même, le bloc 46 est brasé aux ex- trémités extérieures de la patte 30, de la partie de conducteur 18 et de la bande 40, sa conduite 54 s'adaptant sur un trou pratiqué dans la partie de conducteur 18. De cette manière, l'eau admise par un trou 52 dans un des blocs, passera dans une des parties de con- ducteur, traversera les spires 6 et 8 et sortira par l'autre par- tie de conducteur et le trou 52 de l'autre bloc.
Des trous de vis 56 sont pratiqués dans les blocs 44 et 46 pour recevoir les vis au moyen desquelles les conducteurs d'amenée de courant peuvent être fixés à la spire inductrice de chauffe, de sorte que la spire peut être alimentée de façon évidente. Les pattes 22 et 30, la bande 40, les blocs 44 et 46 et les nervures 48 et 50 ont comme important effet.supplémentaire de diminuer l'impédance pour le courant tra- versant la spire entre les points où les conducteurs d'amenée de courant sont attachés.
Le bord vertical de la nervure 48 est brasé au bloc 44 et
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son bord supérieur est brasé à la partie de conducteur 16. L'autre nervure 50 a ses bords correspondants brasés au bloc 46 et à la bande 40. L'espacement isolant 58 permet de réunir de manière serré: les nervures 48 et 50 au moyen d'un ensemble boulon et écrou 60 avec un manchon isolant 62 qui empêche un court-circuit entre les nervures.
La pièce ou bague de trempe 4 comprend uns paroi supérieu- re 64,une paroi inférieure 66, une paroi extérieure 68 et unepa- roi intérieure 70. Quoique les parois soient désignées séparément, il est évident que dans la fabrication pratique de la pièce de trom pe on peut réunir en un tout le nombre de parois que l'on désire.
Chacune de ces parois a la forme d'une bande ouverte ou fendue, les ouvertures ou fentes étant alignées axialement de sorte que la pièce de trempe est entièrement fendue suivant l'ouverture 72.
Cela signifie que tout courant induit dans la pièce de trempe sera toujours faible, même si toutes les parois de la pièce de trempe sont en métal, comme ce sera d'ordinaire le cas.
Les parois supérieure et inférieure 64 et 66 ont la forme de disques plats annulaires fendus ayant des ouvertures centrales circulaires. Laparoi extérieure 68 a la forme d'un cylindre droit; et la paroi intérieure 70 est évasée dans la direction éloignée des spires inductrices de chauffe 6 et 8. Par conséquent, l'ouverture centrale dans la paroi inférieure 66 est plus grande que l'ou- verture centrale dans la paroi supérieure 64 de façon à s'adap- ter à l'inclinaison de la paroi intérieure 70. Comme indiqué à la figure 6, les parois extérieure 68, intérieure 70 et inférieure 66 forment une seule pièce. La paroi supérieure séparée 64 est brasée ou fixée d'une autre manière appropriée à cette pièce, de manière à offrir un passage creux 74 pour le liquide de trempe.
La paroi intérieure 70 est percée d'ouvertures ou de trous de débit 76. Afin d'obturer les extrémités du passage 74, à hauteur de l'ouverture axiale 72 du dispositif de trempe, des parois .d'extrémité 77 sont brasées de manière étanche aux autres parois
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de la pièce de trempe. Le liquide est envoyé dans le passage 74 par des entrées d'eau 78.
La paroi supérieure 64 est aussi pourvue d'un renforce- ment annulaire 79 avec plusieurs trous taraudés disposés circonfé- rentiellement servant à recevoir des vis 80 qui traversent les disques de renforcement 24 et 32 de la spire inductrice de chauffe et se vissent dans les trous du renforcement 79 de la pièce de trem- pe. L'isolement et l'écartement des spires 6 et 8 sont réalisés au moyen d'une ou plusieurs entretoises isolantes annulaires 82.
D'autre part, une ou plusieurs entretoises isolantes annulaires 84 servent à isoler la spire inductrice de chauffe 2 et la pièce de trempe 4. Les entretoises 82 et 84 sont percées de trous appropriés permettant le passage des vis 80. Les trous dans les disques 24 et 32 et dans les entretoisesisolantes 82 et 84 sont, de préférence, agrandis de manière à recevoir les manchons isolants 86 qui entou- rent les vis 80, de sorte que celles-ci sont entièrement isolées des disques 24 et 32 et ne peuvent former un court-circuit ni entre disques ni entre un disque quelconque et la pièce de trempe métal- lique 4.
Un dispositif de chauffe par induction et de trempe du type décrit présente de grands avantages pour la trempe par induc- tion de surfaces d'arbres et de pièces semblables allongées et de petit diamètre. Une telle technique demande qu'une petite partie de la surface de la pièce soit portée rapidement à la température de trempe. De plus, la surface chauffée doit être trempée rapide- ment avant qu'une trop grande partie de la chaleur n'ait pénétré au coeur de la pièce. Pour concentrer une grande énergie dans une telle pièce en un temps très court, il faut introduire dans une petite partie de la pièce des densités de courant et d'énergie très élevées, de sorte qu'il est utile de balayer la pièce au moyen d'un inducteur à plusieurs spires.
POur réaliser une spire inductrice de chauffe de petit diamètre, les spires doivent être exécutées en
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tube de cuivre relativement mince et petit. La spire ainsi réalisée; si on ne la renforce pas, est peu résistante et facilement déformée, ce qui ne convient pas pour les applications industrielles du type décrit. Si chaque spire se trouve pratiquement dans un plan, et si on relie les spires entre elles par une connexion telle que 10, on peut leur appliquer facilement des plaques de renforcement comprenant des disques tels que 24 et 32, dans le but de relier les spires. Des plaques latérales, telles que 40 et 36, les pattes 22 et 30, ensemble avec les plaques et les blocs formant angle entre eux, tels que 48, 50, 44 et 46, forment un inducteur mécani- quement résistant.
La rigidité est encore renforcée en utilisant une pièce de trempe annulaire solide à laquelle la spire inductrice de chauffe est fermement attachée, les entretoises 82 et 84 assu- rant un ensemble solide et rigide. Les disques 24 et 32 et les pattes 22 et 32, en dérivant de la chaleur du tube porteur de courant de la spire, aident à maintenir l'inducteur froid. L'inven- tion réalise un ensemble extrêmement rigide comprenant un inducteur de chauffe ayant des spires d'un diamètre intérieur plus petit que 1-1/8 pouce (29mm), en utilisant un tube de cuivre flexible de sec- tion carrée de 3/16 de pouce (5 mm) de côté extérieur et ayant une paroi d'une épaisseur d'environ 0,032 pouce (0,8 mm), ce tube pou- vant être d'habitude facilement pliable sans outils.
Un ensemble du type décrit peut facilement tremper super- ficiellemet un objet ou pièce à tremper W, représenter à la figure 2 en traits interrompus, se déplaçant par rapport à l'ensemble in- ducteur dans une direction indiquée par la flèche A.
Lorsque la pièce est en mouvement, la partie de la pièce se trouvant à l'intérieur des spires 6-8 est chauffée par induction et passe ensuite dans la pièce de trempe 4, où le liquide de trempe passant par les trous 76 est projeté sur la surface chauffée et trempe celle-ci. Il est clair que les ouvertures ou trous 76 pratiqués dans.la pièce de trempe, peuvent être disposés d'une ma-
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nière voulue quelconque, de façon à régler la manière dont le liquide de trempe atteint la surface chauffée de l'objet W.
Le moment auquel la trempe a lieu après la chauffe par induction, peut être réglé par la vitesse à laquelle l'objet se déplace par rapport à l'ensemble inducteur, et aussi par l'épaisseur des entretoises isolantes 84 placées entre les spires 6 et 8 et la pièce de trempe 4.
En évasant la paroi intérieure 70 de la pièce de trempe 4, on a le grand avantage que le liquide chaud et les vapeurs obtenus après trempe sont évacuée rapidement hors de l'espace de trempe, dans la direction de la flèche A. En donnant un léger angle d'in- clinaison aux ouvertures ou trous 76, comme indiqué à la figure 6, la surface à tremper reçoit à tout moment du liquide de trempe froid, et le liquide projeté est évacué hors de l'ensemble dans une direction opposée à celle des spires.
Dans la forme d'exécution des figures 1 à 9, l'ensemble de trempe par -induction comprend une bague de trempe à paroi évasée et une spire inductrice de chauffe associée mais distincte. Il est cependant possible aussi d'évaser la paroi d'un dispositif à une seule spire véhiculant, en même temps, le courant alternatif de chauffe par induction et le.liquide de trempe. Une forme d'exécution perfectionnée de ce type est représentée aux figures 10 et 11.
La spire inductrice de chauffe combinée avec la bague de trempe,comprend uneparoi supérieure 90, une inférieure 92, une ex- térieure 94 et une intérieure évasée 95, toutes ces parois étant fen- dues comme dans la première forme d'exécution. Des parois d'extré- mité 96 forment une ouverture radiale 97 à travers tout l'ensemble.
La paroi supérieure 90 a le diamètre intérieur le plus petit et est relativement beaucoup plus épaisse que les autres parois, de sorte que le courant servant à chauffer inductivement l'objet balayé, sera concentré le long de sa surface intérieure. Si on le désire, la périphérie intérieure de la paroi supérieure 90 peut surplomber lé- gèrement la partie supérieure de la paroi intérieure 95, comme indiqué
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au 98 de la figure 11. Lorsqu'on utilise l'ensemble inducteur pour la chauffe progressive par balayage, il reçoit de façon continue du liquide de trempe par une ou plusieurs entrées d'eau 100, le liquide d'alimentation passant par une tuyauterie isolante ou l'équivalent.
Le liquide de trempe est projeté sur l'objet balayé par des trous 102 pratiqués dans la paroi intérieure 95, ces trous étant représentés perpendiculaires à l'axe de l'inducteur.
Cependant ces trous peuvent être inclinés, comme dans la première forme d'exécution, ou autrement dirigés. Le liquide refroidit en plus la paroi supérieure 90 véhiculant le courant, quoiqu'une conduite de réfrigération séparée puisse être prévue au sommet de la paroi.
REVENDICATIONS
1.- Appareil de chauffe par induction et de trempe, comprend de trempe une spire inductrice de chauffe et une pièce/creuse y associée, ca- ractérisé en ce que la spire inductrice consiste en un conducteur creux formé de façon à constituer au moins une spire, ayant une ou- verture centrale de contour déterminé à travers laquelle un objet peut se déplacer par rapport à elle, de façon à être chauffé indue- tivement par du courant alternatif circulant dans le conducteur, et en ce que la pièce de trempe creuse a une paroi intérieure per- forée formant une ouverture centrale de contour déterminé à tra- vers laquelle l'objet peut se déplacer relativement à la pièce de trempe, la pièce de trempe et la spire étant maintenues serrées l'une contre l'autre, tout en étant isolées, au moyen d'un dis- positif de fixation.
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Induction heating and quenching device.
The present invention relates to an induction heating coil combined with a quenching device or ring used for induction heating treatments. More specifically, the invention relates to an apparatus comprising a separate induction heating coil for the heat treatment of the whole or part of the surface of an object such as a shaft, a cam or. another similar part, and a separate quenching device for then quenching the heated part of the object for hardening.
To be able to superficially harden elongated steel parts by induction at high production speed, without having to use expensive high-frequency generators of very high power, it is necessary to move the part in a relative manner.
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inside a heating inducing coil which is capable of introducing a large part of the energy into a small part of the part, and the heated part must then be quenched.
In accordance with the invention, a small heat inducing coil capable of carrying large currents sweeps the part, and a separate quench ring is added for cooling. The quench ring is preferably flared in the direction opposite to the coil in order to obtain better quenching, the quench water being sprayed away from the heating inducing coil.
In this way, the invention creates a device comprising a heating inducing coil and a quenching ring, of small physical dimensions but of good electrical efficiency and mechanically resistant.
In the technique of induction hardening of the type described, it is often advantageous to apply the quench liquid to the heated surface, very soon after the surface of the quenched object reaches its temperature / or any desired temperature. That is to say that the quenching ring must be located very close to the heating inducing coil, so that the object can pass quickly from the heating inducing coil to the quenching ring before having lost some heat. heat by radiation, and before the core of the object heats up more than necessary by conduction of heat from the much hotter outer surface. In accordance with this aspect of the invention, the heating inducing coil and the quenching ring are placed very close to each other.
In a preferred embodiment of the invention, the heating inducing coil and the quench ring are electrically insulated from each other in order to prevent excessive heating of the quench ring. The electrical insulation is obtained by a thin insulating material placed between the heating inducing coil and the quenching ring, and by making separate water circulation circuits for the refrigeration of the heating inducing coil and
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for supplying the quench ring with coolant. To make a solid assembly, the heating inducing coil and the quenching ring are joined by means of several screws; but these are isolated from one or the other of the parts in order to avoid a short-circuit between the heating inducing coil and the quenching ring.
In another preferred embodiment of the invention, the heating inducing coil and the quench ring are constructed in combination so that the coil forms a wall of the quench ring.
Several preferred embodiments of the invention are shown, by way of example, in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a plan view of a combined apparatus comprising a heating inducing coil and a quenching device; . Figure 2 is a front view thereof;
Figures 3, 4, 5 and 6 are sections respectively along lines III-III, IV-IV, V-V and VI-VI of Figures 1 and 2;
Figure 7 is a plan view of a conductor shaped to be the current carrying portion of the heating inductor coil of the apparatus of Figure 1;
Figures 8 and 9 are sections along lines VIII-VIII and IX-IX of Figure 7;
Figure 10 is a sectional view of a variant of the invention; and
FIG. 11 is a section of this variant along the line XI-XI- of FIG. 10.
Referring to the embodiment of Figures 1 to 9, the induction heating and quenching apparatus comprises an inductive heating coil, designated as a whole by the reference numeral 2, and a device or ring. quenching designated as a whole by the reference 4, to which it is attached.
For convenience, the coil inducing heating has been shown in front of the quenching device 4, but it is clear
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that the switchgear can be used in any position.
The heating inducing coil comprises a current conductor and a reinforcement device, the latter having the additional role of serving as a device for fixing the coil to the quenching ring. The conductor has a shape shown more specifically in Figures 7-9 and consists of a hollow copper tube of small dimensions shaped to form a first flat coil 6 and a second flat coil 8, the word flat meaning that practice there is no helical pitch. The turns 6 and 8 are preferably parallel, having a central circular periphery determined by the internal wall of the turns.
Each turn is open or split around its circumference, which means that each turn has ends that face each other and are separated by a slight gap, so that the turn does not form a full ring or circle. The turns are mechanically and electrically connected in series by means of a short axial or vertical connecting conductor 10, which is formed from the same hollow copper tube and which is housed in the open slot of each turn. The connecting piece 10 is attached to one end of each turn by means of diagonal liquid-tight joints, so that the passage in the conductor is continuously hollow, and that the openings or isolation spaces 12 and 14 are provided in turns 6 and 8 respectively.
It should be noted that the openings 12 and 14 in the turns are not in alignment in the axial direction, but are offset circumferentially so as to be on either side of the connection 10. A two-way conductor is thus obtained. turns, and we can obviously, if desired, add more turns and connections of this type. The inductor can also be formed from a single turn.
For the supply and departure of the current from the turns of the inductor, straight parts of conductors 16 and 18 are fixed, by means of liquid-tight joints, to the
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ends of the turns which have remained free, that is to say those which have not been joined together at connection 10. The conductor part 16 moves away from the. turn 6 towards the outside, and the conductor part 18 does the same with the coil 8, the connection 10 being located in the space between the conductor parts. These are parallel to each other but are found at different levels or in different planes, each part being at the level of the coil with which it is associated.
In order to give rigidity to the conductor with two turns, that is to say in order to make it sufficiently undeformable so that it cannot be bent with the.: Dwarfs, reinforcements are provided in the form of plates parallel flat; each of the plates is fixed to one of the turns and to its conductor by soldering or silver brazing. Each plate consists of a tab following the conductor part associated with it and of a split disc adapted around the associated coil.
As shown more specifically in Figures 1 to 6, the upper plate for the coil 6 has a tab 22 which opens out into a split disc 24. The disc has a central opening serving to receive the coil 6, and a radial edge 26 spaced apart. of the conductor portion 16 so as to form an insulating gap 28 which is an extension of the gap 12 in the coil 6. Thus the slot or opening in the disc 24a. a width equal to the sum of the width of the gap 12 and the width of the conductor portion 16.
The plate associated with the coil 8 comprises a tab 30 along the conductor portion 18 and a split disc 32 fitted around the coil 8; disc 32 having a radial edge 34 spaced from the conductor portion 18, and forming an insulating space 36 extending the space 14 in the turn 8., A strip 40 is brazed along a portion of the conductor 18 on the facing side to the conductor portion 16. This strip 40 is terminated by a flange
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42 moved away from the disc 32 by reason of isolation.
A rigid heating inducing coil construction is thus obtained comprising several turns, 6 and 8, of hollow copper tube; parts of disc-shaped plates, 24 and 32, brazed to the turns; current supply conductor parts, 16 'and 18, directed outwards; and portions of reinforcing plates, 22, 30 and 40 brazed to the conductor portions. In order to be able to connect the current connections to the heating inductor coil and to supply it with refrigeration liquid, and in order to make it even more rigid, the coil is provided with metal input blocks and water outlet 44 and 46, and reinforcing ribs 48 and 50.
The blocks 44 and 46 for water, are relatively thick and they are each provided with a tapped hole 52 of a pipe 54, the holes receiving the water piping connections. The block 44 is brazed to the outer ends of the tab 22 and of the connection part 16, the latter having an opening which fits on the pipe 54 made in the block. Likewise, the block 46 is brazed to the outer ends of the tab 30, of the conductor part 18 and of the strip 40, its conduit 54 fitting over a hole made in the conductor part 18. In this way. , the water admitted through a hole 52 in one of the blocks, will pass through one of the conductor parts, cross turns 6 and 8 and exit through the other conductor part and hole 52 of the other block. .
Screw holes 56 are made in the blocks 44 and 46 to receive the screws by means of which the current supply conductors can be attached to the heat inducing coil, so that the coil can be readily supplied. The tabs 22 and 30, the strip 40, the blocks 44 and 46 and the ribs 48 and 50 have the important additional effect of reducing the impedance for the current passing through the coil between the points where the conductors of current are attached.
The vertical edge of rib 48 is brazed to block 44 and
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its upper edge is brazed to the conductor part 16. The other rib 50 has its corresponding edges brazed to the block 46 and to the strip 40. The insulating spacing 58 makes it possible to join tightly: the ribs 48 and 50 by means of a bolt and nut assembly 60 with an insulating sleeve 62 which prevents a short circuit between the ribs.
The quench piece or ring 4 includes a top wall 64, a bottom wall 66, an outer wall 68 and an inner wall 70. Although the walls are designated separately, it is evident that in the practical manufacture of the quench piece. trom pe one can combine in a whole the number of walls which one wishes.
Each of these walls is in the form of an open or slit strip, the openings or slits being axially aligned so that the quench piece is entirely slit along the opening 72.
This means that any current induced in the quench piece will always be low, even if all the walls of the quench piece are metal, as it usually will be.
The upper and lower walls 64 and 66 are in the form of slotted annular flat discs having circular central openings. The outer wall 68 has the shape of a right cylinder; and the inner wall 70 is flared in the direction away from the heat inducing turns 6 and 8. Therefore, the central opening in the bottom wall 66 is larger than the central opening in the top wall 64 so as to to accommodate the inclination of the inner wall 70. As shown in Figure 6, the outer 68, inner 70 and bottom 66 walls form a single piece. The separate top wall 64 is brazed or otherwise secured to this part, so as to provide a hollow passage 74 for the quench liquid.
The interior wall 70 is pierced with openings or flow holes 76. In order to close the ends of the passage 74, at the height of the axial opening 72 of the quenching device, the end walls 77 are brazed in such a manner. waterproof to other walls
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of the quenching part. The liquid is sent to passage 74 through water inlets 78.
The top wall 64 is also provided with an annular reinforcement 79 with several tapped holes disposed circumferentially serving to receive screws 80 which pass through the reinforcing discs 24 and 32 of the heating inductor coil and screw into the holes. reinforcement 79 of the quench part. The isolation and spacing of the turns 6 and 8 are achieved by means of one or more annular insulating spacers 82.
On the other hand, one or more annular insulating spacers 84 serve to isolate the heating inductor coil 2 and the quenching part 4. The spacers 82 and 84 are drilled with suitable holes allowing the passage of the screws 80. The holes in the discs 24 and 32 and in the insulating spacers 82 and 84 are preferably enlarged so as to receive the insulating sleeves 86 which surround the screws 80, so that these are completely isolated from the discs 24 and 32 and cannot form a short circuit neither between discs nor between any disc and the metal quenching part 4.
An induction heating and quenching device of the type described has great advantages for induction hardening of surfaces of shafts and the like elongated and of small diameter. Such a technique requires that a small part of the surface of the part be rapidly brought to the quenching temperature. In addition, the heated surface must be quenched quickly before too much heat has penetrated the core of the room. To concentrate a large amount of energy in such a room in a very short time, it is necessary to introduce into a small part of the room very high current and energy densities, so that it is useful to sweep the room by means of 'an inductor with several turns.
To make a heating inducing coil of small diameter, the turns must be carried out
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relatively thin and small copper tube. The turn thus produced; if it is not reinforced, is not very resistant and easily deformed, which is not suitable for industrial applications of the type described. If each turn is practically in a plane, and if we connect the turns together by a connection such as 10, one can easily apply to them reinforcing plates comprising discs such as 24 and 32, in order to connect the turns. . Side plates, such as 40 and 36, legs 22 and 30, together with the plates and angled blocks therebetween, such as 48, 50, 44 and 46, form a mechanically strong inductor.
The rigidity is further enhanced by using a strong annular quencher to which the heat inducing coil is firmly attached, the spacers 82 and 84 providing a strong and rigid assembly. The disks 24 and 32 and the legs 22 and 32, by deriving heat from the current carrying tube of the coil, help to keep the inductor cold. The invention provides an extremely rigid assembly comprising a heat inductor having turns of an inside diameter smaller than 1-1 / 8 inch (29mm), using flexible copper tubing of 3 square section. / 16 inch (5mm) outside and having a wall thickness of about 0.032 inch (0.8mm), this tube usually being readily bendable without tools.
An assembly of the type described can easily superficially quench an object or part to be quenched W, shown in figure 2 in broken lines, moving relative to the inductor assembly in a direction indicated by arrow A.
When the workpiece is in motion, the part of the workpiece located inside the turns 6-8 is heated by induction and then passes into the quenching part 4, where the quenching liquid passing through the holes 76 is projected onto the heated surface and quench it. It is clear that the openings or holes 76 made dans.la quenching part, can be arranged in a ma-
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desired, so as to control the manner in which the quench liquid reaches the heated surface of the object W.
The time at which the quenching takes place after the induction heating can be regulated by the speed at which the object moves relative to the inductor assembly, and also by the thickness of the insulating spacers 84 placed between the turns 6 and 8 and the quenching piece 4.
By flaring the inner wall 70 of the quenching part 4, there is the great advantage that the hot liquid and the vapors obtained after quenching are rapidly discharged out of the quenching space, in the direction of the arrow A. By giving a slight angle of inclination at the openings or holes 76, as shown in figure 6, the surface to be quenched receives cold quench liquid at all times, and the sprayed liquid is discharged out of the assembly in a direction opposite to it. that of the turns.
In the embodiment of FIGS. 1 to 9, the induction quenching assembly comprises a quenching ring with a flared wall and an associated but separate heating inducing coil. However, it is also possible to flare the wall of a device with a single turn conveying, at the same time, the alternating current for heating by induction and the quenching liquid. An improved embodiment of this type is shown in Figures 10 and 11.
The heating inducing coil combined with the quench ring comprises an upper wall 90, a lower 92, an exterior 94 and a flared interior 95, all of these walls being split as in the first embodiment. End walls 96 form a radial opening 97 through the whole assembly.
The top wall 90 has the smallest interior diameter and is relatively much thicker than the other walls, so that the current for inductively heating the scanned object will be concentrated along its interior surface. If desired, the inner periphery of top wall 90 may slightly overhang the top of inner wall 95, as shown.
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at 98 in FIG. 11. When the inductor assembly is used for progressive heating by sweeping, it continuously receives quench liquid through one or more water inlets 100, the feed liquid passing through a pipe insulation or equivalent.
The quench liquid is projected onto the scanned object through holes 102 made in the inner wall 95, these holes being shown perpendicular to the axis of the inductor.
However, these holes can be inclined, as in the first embodiment, or otherwise directed. The liquid additionally cools the top wall 90 carrying the current, although a separate refrigeration line may be provided at the top of the wall.
CLAIMS
1.- Induction heating and quenching apparatus, comprises quenching a heating inducing coil and an associated hollow part, charac- terized in that the inducing coil consists of a hollow conductor formed so as to constitute at least one coil, having a central opening of determined contour through which an object can move with respect to it, so as to be unduly heated by alternating current flowing in the conductor, and in that the quenching piece is hollow has a perforated inner wall forming a central opening of determined contour through which the object can move relative to the quench piece, the quench piece and the coil being held tight against each other, while being isolated, by means of a fixing device.