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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.