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APPAREIL ET PROCEDE POUR L'USINAGE ET LE TRAITEMENT THERMIQUE
DE PIECES.-
La présente invention est relative à un appareil et à un procé- dé de trempe superficielle de pièces.
Elle vise une organisation destinée à usiner et à, traiter à chaud une pièce et comprenant: un dispositif permettant d'usiner une partie de cette pièce, un dispositif permettant de chauffer rapidement dans la pièce une zone superficielle qui ne doit pas être usinée mais qui est voisine de la partie que l'on doit usiner, et des dispositifs permettant de faire tour- ner la pièce par rapport au dispositif d'usinage,et de chauffage; cette organisation permettant d'usinet et de chauffer simultanément de façon sen- siblement uniforme la zone superficielle jusqu'à une profondeur désirée.
L'invention a trait également à un procédé de trempe d'une zone superficielle d'une pièce métallique, procédé dans lequel on chauffe une partie de la pièce pour conduire en partie la chaleur à travers cette pièce vers la zone superficielle, on chauffe cette zone superficielle à une tempé- rature plus élevée que celle de la partie chauffée précitée, tout en chauf- fant cette partie précitée ; et on applique un fluide de refroidissement à la zone superficielle chauffée afin de la tremper.
La présente invention a pour objet: - Un appareil et un procédé d'usinage de pièces métalliques pour obtenir des pièces de roulement et des pièces analogues et pour tremper ces pièces à leur surface; .- Un appareil et un procédé permettant simultanément d'usiner une pièce métallique pour en former une pièce de roulement ou une pièce ana- logue et de tremper cette pièce sur sa surface;
- Un appareil et un procédé d'usinage et de trempe superficielle d'une pièce de roulement ou d'une autre pièce soumise à une usure par frot- tement, procédé dans lequel on fait tourner la pièce pour effectuer sur elle
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une opération de coupe et on la chauffe par induction pendant qu'elle tour- ne pour assurer une répartition sensiblement uniforme de la chaleur induite dans la ou les surfaces de la pièce que l'on doit durcir; - Un appareil et un procédé permettant simultanément de couper et de tremper une pièce de roulement, ou une autre pièce soumise à une usure par frottement, à un seul poste pendant une opération d'usinage de cette pièce;
- Un- appareil et un procédé pour usiner et tremper superficiel- lement une pièce métallique, appareil dans lequel l'équipement de trempe comprend un appareil d'induction à haute fréquence permettant de traiter à chaud une zone superficielle à durcir de la pièce; - Un dispositif combiné de coupe et de trempe que l'on peut asso- cier à une machine à décolleter automatique comprenant plusieurs postes aux- quels on amène successivement les roulements ou d'autres pièces pour y effec- tuer des opérations différentes pendant les étapes d'usinage, machine incor- porant en outre un appareil, de trempe situé à l'un des postes précités; - Un appareil et un procédé de trempe superficielle de pièces métalliques telles que des pièces ferreuses de roulement et analogues;
- Un procédé et un appareil de trempe superficielle d'une pièce caractérisés par le fait qu'on chauffe rapidement une zone superficielle de la pièce et que simultanément on chauffe une partie de cette pièce située assez près de la zone superficielle pour modifier l'effet de chauffage exer- cé dans celle-ci;
- Un appareil et un procédé de trempe superficielle de pièces métalliques, telles que des pièces de roulement et des pièces analogues, con- sistant à utiliser un moyen de chauffage, qui peut prendre la forme d'une bobine d'induction haute fréquence, afin de porter une zone superficielle de la pièce à une température élevée, à chauffer simultanément à plus faible température une seconde zone superficielle de la pièce par tout dispositif approprié dégageant de la chaleur, afin de retarder le passage par conduc- tion de la chaleur induite depuis la première zone jusque vers la seconde, et, enfin, à appliquer un fluide de refroidissement à la zone superficielle chauffée par induction afin de durcir cette dernière;
- Un appareil et un procédé de trempe d'une pièce, dans les- quels on chauffe par induction une zone superficielle de la pièce et on a- mène simultanément un outil de coupe en contact avec cette pièce pour usiner une partie qui se trouve à distance de la zone superficielle, cet outil de coupe venant en prise avec la pièce assez près de la zone superficielle chauf- fée par induction pour poduire pendant la coupe un échauffement qui suffit à modifier l'effet de chauffage par induction sur la zone superficielle;
- Un procédé et un appareil permettant de former et de tremper superficiellement une pièce, procédé dans lequel on chauffe rapidement une zone superficielle de la pièce à l'aide d'un organe de chauffage, tel qu'une bobine d'induction haute fréquence, et simultanément on met en contact avec la pièce un outil de coupe, afin de former dans cette pièce une partie dé- sirée située à distance de la zone superficielle, l'outil de coupe venant en contact avec la pièce assez près de cette zone superficielle pour pro- duire, indépendamment de l'organe de chauffage précité, une chaleur qui suf- fit à réduire et à retarder sensiblement l'écoulement de la chaleur induite depuis la zone superficielle chauffée par induction jusqu'aux autres par- ties relativement plus froides de la pièce, et, enfin,
on applique un milieu de refroidissement à la zone superficielle chauffée par induction, afin d'en effectuer la trempe ; - Un procédé et un appareil permettant de durcir de manière sa- tisfaisante la surface latérale interne et la surface de fond de la cavité d'une cuvette de roulement, la trempe satisfaisante de la surface de fond présentant des difficultés beaucoup plus grandes que la trempe de la surface latérale;
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- Un appareil et un procédé pour la trempe des surfaces internes d'une cuvette de roulement qui comporte une gorge externe destinée à recevoir une bague fendue, appareil et procédé grâce auxquels on peut contrôler la profondeur de trempe de la paroi latérale de la cuvette, de manière que cette trempe ne traverse pas la paroi latérale en atteignant le fond de la gorge.
D'autres objets et caractéristiques de la présente invention ap- paraîtront à la lecture de la description ci-dessous, faite en relation avec le dessin annexé. Bien que dans la description et sur le dessin joint, on ait représenté et décrit l'invention dans son application à certains buts particuliers, il est bien entendu que l'invention ne doit pas être limitée à la réalisation et à l'utilisation particulières représentées et décrites.
Il est évident que de nombreuses modifications ainsi que d'autres usages apparaîtront d'eux-mêmes au technicien d'après la description ci-dessous.
La fig. 1 représente une machine à décolleter automatique et mon- tre schématiquement les diverses opérations de la machine lorsqu'elle usine successivement des pièces métalliques pour en faire des pièces de roulement terminées, cette machine étant munie d'un appareillage permettant de durcir les surfaces desdites pièces de roulement;
La fige 2 est une coupe, à beaucoup plus grande échelle, du dis- positif d'usinage et de trempe représenté au poste 7 de la fig. 1;
La fig. 3 est une vue fortement agrandie d'une pièce semblable à celle qui est représentée sur la fig. 2 ;
cette figure montre ,schématique- ment par des pointillés les profondeurs de durcissement des zones superficiel- les latérales et de fond de la cavité de la partie de la pièce qui sert de portée, ce durcissement résultant de l'usinage et du chauffage par induction simultanée des zones superficielles ;
La fig. 4 est une vue à très grande échelle d'une éprouvette que l'on compare à celle de la fig. 3 et représente par des pointillés la pro- fondeur de trempe des zones superficielles de la partie en cuvette de roule- ment de la pièce, trempe obtenue lorsqu'on effectue l'usinage avant le chauf- fage par induction et non en même temps que lui;
La fig. 5 est une vue schématique représentant une variante de l'appareillage.
Si l'on se réfère au dessin, on a représenté de manière schémati- que, sur la fig. 1, .une machine à décolleter automatique qui comprend une tourelle désignée dans son ensemble par 10; cette tourelle pivote en 11 pour tourner dans le sens qu'indique la flèche 10a, et comprend des bras ou bro- ches 12 disposées radialement, chacune de ces broches tournant autour de son axe longitudinal, comme on l'a indiqué par les flèches 12a; sur les extrémités extérieures de ces bras sont fixés des tronçons cylindriques 13 de barre d'a- cier, de préférence d'acier résistant aux efforts et laminé à chaud, connu aux Etats-Unis sous la désignation C 1144 ( A.S.M. Handbook of Metals); ces tronçons d'acier doivent être usinés successivement, comme on va le décrire, par des outils, afin de donner des cuvettes de roulement.
On peut remarquer que la machine comporte plusieurs postes 1 à 8 inclusivement pour former successivement un tronçon 13 de barre à l'aide d'ou- tils convenables, depuis l'opération d'usinage initiale effectuée au poste 1 jusqu'à la cuvette de roulement finie obtenue au poste 8. Plus particuliè- rement, on a montré au poste 1 la pièce tournante 13 dans laquelle on perce un alésage-cylindrique au moyen d'un foret 14,'tandis que sa surface extérieu- re subit une opération de chariotage effectuée par un outil de coupe 15.
Au poste 2, une autre opération de chariotage est effectuée sur une autre partie extérieure de la pièce 13 ; en même temps, un outil de forme 16 creuse des gor- ges circonférentielles 17 et 18 dans la surface extérieure cylindrique de cet- te pièce et un outil à chanfreiner 18a pénètre dans l'alésage cylindrique for- mé @ dans la pièce 13 par le foret 14 du poste 1. La gorge 17 sert finale- ment de gorge pour une bague fendue destinée à maintenir la cuvette de roule- ment en place dans un'joint de manière bien connue. Au poste 3, on chan- freine la pièce à l'aide d'un outil de coupe 19 et l'extérieur et les gorges 17 et 18 sont mis au rond par un outil 20 afin d'assurer la concentricité axi-
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ale.
Au poste 4, on alèse la pièce 13 en insérant un outil approprié 21 qui joue ce rôle dans l'alésage de la pièce, etla partie 22 de cette pièce qui constitue la cuvette de roulement est séparée par un outil de saignée 23, de l'autre partie 22a de la barre fixée-à l'arbre tournant 12 associé. Le poste 5 montre les opérations de finition des surfaces cylindriques intérieu- re et extérieure de la pièce à l'aide d'outils appropriés 24 et 25 qui a- mènent les surfaces au diamètre et au fini désirés. Le poste 6 montre d'au- tres opérations de plongée et de chanfreinage à l'aide d'outils désignés res- pectivement par 26 et 27.
Au poste 7, un outil 28 saigne encore plus et donc réduit le diamètre de la queu ou raccord 61 entre la partie 22 formant cuvette de roulement et la partie 22a de la barre montée sur la tourelle, tandis que s'effectue un chauffage par induction destiné à durcir les surfa- ces intérieures de la cuvette 22 grâce à l'appareil désigné dans son ensem- ble en 29. L'outil de coupe 28 enlève le métal en même temps que se pro- duit le chauffage par induction et l'on effectue cette opération de coupe sans appliquer de refroidissement ni à l'outil, ni à la pièce, si bien que l'outil 28 provoque un échauffement indépendant de cette pièce, échauffement qui entraîne une trempe améliorée des surfaces internes de la cuvette 22 com- me on l'expliquera en détail plus loin.
Le poste 8 montre le sectionnement de la cuvette 22 par rapport à la-barre 22 a maintenue par la tourelle, sec- tionnement effectué par l'outil de saignée 30, ainsi que l'enlèvement de la cuvette terminée 22 grâce au dispositif de saisie 30a qui la retire de la tourelle. On remarquera que dans chacune des opérations de coupe précitées effectuées sur la pièce 13, cette pièce tourne tandis que les outils de cou- pe peuvent se déplacer vers la pièce pour effectuer leur opération d'usinage.
La présente invention vise essentiellement l'opération combinée d'usinage à la machine outil et de trempe superficielle effectuée sur la piè- ce 13 au poste 7 de la machine à décolleter sur laquelle, ainsi qu'on l'a indiqué précédemment, la pièce 13 est maintenue par la broche tournante 12 pendant que'l'outil 28 effectue sur elle une saignée afin de continuer à sé- parer la partie 22 de la pièce, constituant une cuvette de roulement, du reste 22a de cette pièce, tandis que l'appareil 29 trempe les surfaces inté- rieures de la cavité ménagée dans la cuvette 22.
En se référant maintenant à la fig. 2, qui montre, à plus grande échelle et avec plus de détails, le dispositif utilisé au poste 7 pour exécu- ter sur la pièce 13 les opérations précitées d'usinage et de trempe, on voit que ce dispositif comporte l'appareil de-trempe superficielle 29 qui peut se déplacer vers la pièce 13 et s'éloigner de celle-ci, et qui a pour rôle de chauffer les surfaces intérieures de la cuvette 22 à l'aide de courants d'in- duction haute fréquence, puis de projeter un liquide de refroidissement sur ces surfaces pendant que l'outil 28 exécute la saignée. A cet effet, on pré- voit une pièce ou support tubulaire fixe 31, dans l'alésage 33 duquel est mon- té un arbre 32 qui peut se déplacer axialement dans ladite pièce pour s'ap- procher de la pièce 13 et s en éloigner, comme l'indique la flèche 34.
Un support 35 en matière isolante est fixé à l'extrémité de l'arbre, au voisina- ge de la pièce 13, par un raccord fileté 36 et comporte en face l'un de l'au- tre des bras verticaux supérieur et inférieur 37 et 38 qui se prolongent la- téralement vers la pièce 13. Les bras 37 et 38 comportent des alésages 39 et 40 disposés en ligne et qui reçoivent les extrémités opposées 41 et 42 d'une bobine d'induction métallique creuse indiquée dans son ensemble en 43.
Une extrémité 41 de la bobine 43 est montée à serrage dur dans l'extrémité 44 d'un tube souple L5 en cuivre, ou en autre matière à bone conductibilité électri- que, qui serre l'alésage 39 du bras de support 37; l'autre extrémité 42 de la bobine 43 est montée de la même façon dans une extrémité 46 d'un tube souple 47 qui la serre ainsi que l'alésage 40 ménagé dans le bras de support 38, la bobine d'induction 43 étant ainsi fixée aux bras de support 37 et 38 et entre eux et pouvant par conséquent se déplacer avec l'arbre 32 pour s'approcher de la pièce 13 et s'en éloigner.
La bobine d'induction 43 présente, entre ses extrémités alignées verticalement, une partie en forme de nez qui est décalée angulairement et que l'on peut introduire dans l'alésage de la cuvette 22 ou sortir de cet alé- sage ; ce nez comprend deux parties horizontales 48-48 qui, comme on le voit
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sur la fig. 2, peuvent être placées au voisinage de la paroi cylindrique la- térale 49 de la cuvette 22; ces parties 48-48 sont reliées à une partie cen- trale 50 voisine de la paroi terminale plate 51 de la cavité ménagée dans la cuvette, si bien que ces parties de la bobine sont disposées par rapport aux surfaces internes des parois de la cuvette, de telle manière que la bobine se trouve en position de chauffage inductif de ces surfaces.
Les extrémités 41 et 42 de la bobine d'induction 43 sont reliées respectivement à des con- ducteurs 52 et 53 qui conduisent à une source de courant non représentée qui fournit à la bobine 43 du courant alternatif à haute fréquence.
La bobine d'induction 43 est creuse et un fluide de refroidisse- ment peut circuler à son intérieur grâce à des tubes souples 45 et 47 montés aux extrémités opposées'41 et 42 de la bobine 43 et qui constituent respec- tivement une conduite d'arrivée et une conduite de départ du fluide qui tra- verse cette'bobine 43 en refroidissant l'électrode qui sans cela ne pourrait fonctionner en service continu.
L'arbre cylindrique 32 est percé d'un passage radial 54 relié à un passage axial 55et muni d'un raccord creux 56 vissé-dans l'arbre 32, un tube souple 57 étant fixé ^ ce raccord 56. Dans le passage 55 est fixé un tube'rigide non métallique 58 qui fait saillie-axialement de l'arbre, passe entre les parties horizontales 48-48 de la bobine 43 et s'ouvre en face du raccordement vertical 50 reliant ces parties 48 Le tube 57 sert de canali- sation d'admission pour un fluide de trempe refroidissant que, après avoir chauffé pendant un certain temps la cuvette de roulement à l'aide de la bo- bine d'induction, lon fait passer dans le raccord creux 56, dans le passage axial 55 de 1 arbre 32 et dans le tube 58,
d'où il est éjecté avec force sur la surface chauffée 59 de la paroi 49 et sur la surface chauffée 60 de la pa- roi 51 de la cuvette, en provoquant la trempe de ces surfaces. On voit éga- lement que le fluide de refroidissement a aussi pour effet de dissiper ou de réduire la chaleur que l'usinage a dégagée dans l'épaisseur de la cuvette.
Dans le fonctionnement de la combinaison perfectionnée conforme à l'invention d'une machine-outil et d un appareil de trempe superficielle, lorsqu'une pièce 13 arrive au poste 7 représenté sur la fig. 1 par rotation de la tourelle autour de son pivot 11, on amène vers la pièce, que la broche associée 12 fait tourner, l'outil de coupe 28 qui est mis électriquement à la terre par l'intermédiaire de la machine à décolleter; cet outil plonge dans la queue 61 qui réunit la partie 22 de la pièce 13, qui constitue une cu- vette, et la partie 22a de cette pièce qui est maintenue par la tourelle en réduisant le diamètre de cette queue d'environ 16 mm. à environ 11 mm.
On remarquera que l'on.introduit l'outil de coupe 28 dans la gorge 62 dont les flancs sont constitués par la face plane extérieure 63 de la paroi de fond 51 de la cuvette 22 et par la face parallèle voisine 64 du tronçon restant 22a; l'outil 28 présente une largeur suffisante pour venir en con- tact avec les flancs 63 et 64 .de la gorge 62, de manière à dresser la face 63 de la cuvette 22 en enlevant du métal afin d'effacer les traces laissées par les outils de coupe antérieurs 16, 23 et/ou 27 et afin de former une face externe plane continue 63 pendant que l'outil 28 pénètre dans la queue 61, ainsi qu'on le voit aisément en examinant cette surface 63 au poste 8 de la fig. 1.
Pendant ce dressage, on avance axialement l'arbre 32 vers la pièce 13 afin d'amener le nez de la bobine d'induction 43 dans l'alésage de la cuvette 22, comme on le voit sur la fig. 2, et, pendant que la bro- che 12 fait tourner cette cuvette 22, on établit le courant pendant un certain temps afin de chauffer au moyen de la bobine d'induction 43 les pa- rois 49 et 51 de la cuvette, les surfaces internes 59 et 60 de ces parois étant ainsi chauffées par le courant qui passe dans ces zonês- des parois.
A la fin d'une courte période de chauffage-pendant laquelle les tempéra- tures des zones superficielles 59 et 60 montent jusqu'à environ 900 C, on éjecte sous force un fluide refroidissant tel que de l'huile par le tube 58 que porte l'arbre 32, afin d'effectuer la trempe par le contact du fluide de refroidissement sur les surfaces respectives 59 et 60 de la paroi laté- rale cylindrique 49 et de la paroi de fond 51 de la cuvette.
Il est évi- dent que l'on place la bobine d'induction 43 à une distance convenable des
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surfaces 59 et 60 de la cuvette qui doivent être trempées et que, en appli- quant de manière convenable le courant pendant une durée prédéterminée à l'électrode ou inducteur 43, il est possible de chauffer les surfaces désirées à la température critique nécessaire pour provoquer la trempe par refroidissement.
Une caractéristique importante de l'invention réside dans l'éner- gie du traitement thermique des parois 49 et 51 de la cuvette 22, du fait qu'on effectue le dressage en même temps que le chauffage par induction.,
Jusqu'à présent, il était particulièrement difficile d'obtenir la profondeur de trempe et la dureté voulues, c'est-à-dire une profondeur de 1 à 1,5 mm et une dureté Rockwell C 59-63 sur le fond de la cavité d'une cuvette au moyen de la trempe par induction, tout en contrôlant en même temps la zone de trempe de la paroi latérale, de manière qu'elle ne dépasse pas une profondeur désirée. Cependant, on peut obtenir convenablement les caractéristiques de dureté désirées en mettant en oeuvre les principes de la présente invention.
Les figs. 3 et 4 montrent schématiquement à plus grande échelle des éprouvettes caractéristiques; sur l'éprouvette de la fig. 3 on a réduit le diamètre de la queue 61, au poste 7, depuis environ 16 mm jusqu'à environ 11 mm pendant la trempe à chaud, et sur l'éprouvette de la fig. 4 on a de même réduit la queue 61 au même diamètre, mais, avant de chauffer par induc- tion et de tremper l'éprouvette. Ces éprouvette montrent que l'on a obte- nu dans la zone trempée, indiquée par la surface pointillée et le chiffre de référence 60a de la fig.
3, une profondeur de trempe et une dureté plus grandes, en chauffant et trempant simultanément, que celles que l'on a obte- nues en chauffant par induction, sans usinage ou sans chauffer indépendam- ment d'autre manière la pièce 13 dans la région de la queue 61. La fig.
4 montre les résultats obtenus dans ces dernières conditions dans lesquelles la zone trempée 60c a une profondeur moindre que la zone 60a En réalité, les éprouvettes montrent que la zone trempée 60a des échantillon montrés sur la fige 3 avait la profondeur de trempe et la dureté superficielle Rock- well C 61 voulues, tandis que la zone 60c des éprouvettes représentées fig.
4 avait une profondeur maximum de trempe de 0,75 à 0,85 mm et une dureté superficielle inférieure à 59 Rockwell C, ou inférieure au minimum accep- table. De même, l'étendue radiale de la zone trempée 60a est plus grande que celle de la zone 60c et l'on doit remarquer particulièrement que la zone 60a se prolonge jusqu'à un point situé très près de l'angle du fond de la cavité de la cuvette 22, angle qui, s'il était traité thermiquement, constituerait un point de fatigue ou de tension important susceptible de provoquer la rupture de la cuvette.
Il est moins difficile d'obtenir la profondeur de trempe et la dureté désirées dans les zones pointillées des parois latérales des cu- vettes, parce que ces parois entourent la bobine d'induction pendant le cycle de chauffage par induction, tandis que les parois de fond des cuvet- tes se trouvent seulement en face de l'extrémité 50 de la bobine d'induction.
Cet effet est bien connu dans la technique du chauffage par induction.
Lorsqu'on atteint dans la zone de fond 60a les caractéristiques de dureté désirées, on constate également que la zone latérale 59a acquiert les caractéristiques de dureté voulues sans que la trempe pénètre jusqu'au fond de la gorge 17. Cependant, on a constaté qu'en prolongeant le chauf- fage par induction d'un échantillon tel que celui qui est représenté sur la fig.
4, afin d'augmenter la profondeur de trempe de la zone de fond 60C, pour que cette profondeur corresponde à celle de la zone 60a de la fige 3, la trempe de la zone latérale 59c devient assez profonde pour atteindre la gorge 17. Cela est tout à fait indésirable parce que cette trempe fait perdre au métal qui forme la gorge 17 sa ductilité, si bien que la cuvette est susceptible de casser en deux à cette gorge, soit pendant le montage d'un joint universel, soit en service.
Une théorie susceptible d'expliquer les avantages importants que présente la cuvette de roulement représentée sur les fig. 2 ou 3, par rapport à la cuvette représentée sur la fige 4, est que les courants à haute fréquen-
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ce induits dans la pièce développent une chaleur qui pénètre dans les pa- rois 49 et 51 par les surfaces 59 et 60 jusqu'à une profondeur d'environ 0,5 mm.
Cette chaleur d'induction tend à s'évacuer rapidement par con- duction des zones superficielles de la pièce jusqu'aux parties plus froi-.. des des parois 49 et 51 et elle tend également, dans le cas de la zone superficielle de fond 60a ou 60c, à s'échapper par la queue 61 jusqu'à la barre 22a, d'autant plus que, suivant les principes de-physique con- nus, la chaleur tend à passer rapidement d'une partie chaude d'une pièce métallique jusqu'à une partie relativement plus froide de cette piè- ceo Il est essentiel que la chaleur induite dans les parois 49 et 51 soit retenue autant que possible, afin que les parties intérieures des parois se trouvent chauffées correctement, pour donner des zones ayant la profon- deur de trempe désirée, ainsi que des surfaces qui présentent la dureté désirée;
bien entendu, si la chaleur peut rapidement s'évacuer des parties chauffées par induction des parois 49 et 51 à travers la queue 61 jusqu'à la barre 22a, on ne peut atteindre dans les parois 49 et 51 la profondeur de trempe et la dureté désirées, ce qui provoque une trempe non satisfa- sante.
Dans le cas présent, la chaleur provoquée par le contact de l'outil de coupe avec la queue 61, dans le but de séparer encore plus la cuvette 22 de la barre 22a, a pour effet fondamental de retarder de manière sensible la conduction à travers la queue 61 de la chaleur induite depuis les parois 49 et 51 jusque vers la barre 22a, bien qu'il soit possible que la quantité de chaleur relativement faible que produit l'usinage sur une profondeur re- lativement légère de la face extérieure 63 de la paroi de fond 51 dans le but d'enlever du métal pour supprimer les marques laissées par les outils antérieurs,
puisse également donner un effet légèrement intéressant pour retarder l'écoulement de .chaleur. La chaleur que l'outil de coupe 28 déve- loppe dans la paroi 51 et dans la queue 61 a pour effet de produire des zones chaudes entre les parties chauffées par induction des parois 49 et 51 et la masse froide que représente la barre 22a, les zones chauffées par l'outil ayant pour effet de retarder la fuite par conduction de la chaleur depuis les parois chauffées par induction de la cuvette 22, d'autant plus que la différence de température entre les parois 49-51 et la queue 61 est plus faible que la différence qui existe entre ces parois et la barre 22a.
On voit clairement d'après les figs. 3 et 4, qui représentent des éprouvettes obtenues en pratique, que le chauffage de la cuvette par l'ou- til de coupe 28 modifie par inhérence la répartition ou diagramme de cha- leur dans les parois 49 et 51 de la fig. 3, par rapport à la répartition de chaleur produite par chauffage par induction après usinage montrée sur la fig. 4, la différence pouvant être attribuée au fait ,que la chaleur que dé- gage l'usinage agit comme une barrière et évite une conduction excessive de la chaleur induite depuis les parois 49 et 51 jusqu'à la queue 61 et à la barre 22a, ce qui produit une répartition de chaleur sensiblement plus uni- forme etune profondeur et une étendue plus grandes de dureté superficielle dans les zones 59a et 60a Les éprouvettes représentées sur les figs.
3 et 4 montrent clairement les avantages que l'on obtient en effectuant simulta- nément l'usinage et le chauffage.
Dans la mise en oeuvre de l'invention, on utilise un appareil à haute fréquence (dont certaines parties ne sont pas représentées mais sont bien connues) susceptible de-donner 20 kw. à 450.000 périodes, le générateur étant placé à environ quatre mètres de la pièce à traiter thermiquement et étant relié, à l'aide d'un câble coaxial venant de l'oscillateur de cet ap- pareil, à un transformateur approprié faisant partie de cet appareil et voisin de la machine à décolleter; bien entendu, ce transformateur est con- necté à la bobine d'induction 43 de l'appareil 29.
Cette bobine 43 se trouve sur l'axe de rotation de la pièce 13 et pénètre dans la cuvette de roulement 22 jusqu'à ce qu'elle se trouve à environ 0,5 mm de la surface 60 de la pa- roi 51 de cette cuvette; on la place à environ 1,2 à 1,5 mm de la surface cylindrique 59 de cette même cuvette.
Le couplage serré (0,5 mm) entre l'ex- trémité 50 de la bobine d'induction 43 et la surface 60 est réalisé dans le but de concentrer dans la paroi 51 l'effet de chauffage par induction le plus grand possible, le rendement du chauffage sur la paroi 51 étant environ 1/3
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de celui qui s'exerce sur la paroi 49. Il est don nécessaire de donner à l'extrémité 50 de la bobine d'induction 43 par rapport à la paroi 51, un couplage plus serré d'environ 2/3 que celui qui existe par rapport à la paroi 49 afin d'obenir environ le même rendement de chauffage.'
Si l'on effectue le chauffage par induction après l'usinage et non en même temps que lui,
il est très difficile d'obtenir dans les parois 49 et 51 les caractéristiques de dureté désirées ainsi qu'on l'a indiqué précé- demment. Cependant, lorsqu'on effectue simultanément l'usinage et le chauf- fage par induction, l'outil 28 commence à plonger environ 5 à 6 secondes avant que la bobine d'induction 43 commence à induire de la chaleur dans les parois de la cuvette,''le chauffage par induction étant continu pendant 1,3 seconde et le dressage continuant pendant le chauffage par induction et ensuite pendant environ 5 à 6 secondes.
L'outil de coupe 28 produit un échauffement qui atteint au moins 260 G ou plus suivant l'affûtage de cet outil (on a déterminé cette température en comparant soigneusement la couleur des copeaux produits par l'outil à la couleur d'échantillons du même acier que l'on avait chauffés progressivement dans un petit four électrique à échan- tillons à des températures croissantes jusqu'à ce que la couleur correspon- de à celle des copeaux, ce processus étant le seul mode pratique de détermi- nation de cette température).
Cette température de 260 C a pour effet de retarder la tendance que présente la masse relativement froide à entraîner la chaleur induite depuis les parois 49 et 51 jusqu'à la barre 22a par la queue 61, et permet à la température de ces parois de s'élever rapidement jusqu'à environ 900 C. ce qui donne la température critiqué convenable pour obtenir une dureté de surface Rockwell C 59-63. En fait, le chauffage par induction dégage une température d'environ 4800 C dans la paroi latérale 49 au fond de la gorge 17 de la bague fendue (c'est-à-dire à la plus mince section de la cuvette 22 chauffée par induction), et porte cette paroi de fond à l'incandescence avec une couleur rouge cerise sombre.
La retenue sensible de la chaleur induite dans les parois 49 et 51, par suite de la suppression pratique des pertes ou du transfert par conduction de la chaleur induite,est un facteur décisif pour obtenir l'é- tendue superficielle et la profondeur de trempe désirées, ainsi que la du- reté voulue. Toutes ces caractéristiques sont importantes et sont essen- tielles pour résister à l'usure par frottement et aux charges de compres- sion élevées. La dureté et la profondeur de trempe dépendent toutes deux de la retenue de la chaleur induite dans les zones superficielles.
Après avoir arrosé les parois de la cuvette 22 pour compléter la trempe, on manoeuvre l'arbre 32 pour retirer la bobine d'induction 43 hors de la cuvette ; en faisant tourner la tourelle 10, on amène la pièce 13 au poste 8 de la machine à décolleter pour la dernière opéra- tion de saignée effectuée par l'outil 30.
Il est bien évident que, par suite de la rotation de la-pièce 13 pendant que l'on- trempe les surfaces internes de la cuvette de roulement 22 qui fait partie de cette pièce, on obtient une profondeur radiale de trempe bien uniforme mar la pénétration régulière de la chaleur dans les parois 49 et 51 de la cuvette et par l'arrosage ultérieur de l'intérieur de cette cuvette.
Bien que l'on ait représenté un outil de coupe comme instrument chargé de dégager de la chaleur afin de retarder sensiblement: le 'passage de la chaleurproduite pari ind uction électrique dans les parois 49 et 51 de la cuvette de roulement, la fig. 5 montre clairement que l'application, soit d'une flam- me de gaz à l'aide, d'un ajutage 65, soit d'un autre organe produisant de la chaleur, à la paroi de fond 51 et/ou à la queue 61 produit, de même que la chaleur produite par l'outil de coupe, une zone chaude entre la cuvette 22 chauffée par induction et la barre froide 22a,
cette zone retardant sen- siblement le passage de la chaleur induite depuis les parties chauffées par induction des parois 49 et 51 de la cuvette jusqu'aux autres parties rela- tivement plus froides de ces parois et jusqu'à la queue 61 et à la barre 22a; par conséquent, le procédé et l'appareil conformes à la présente inven- tion ne sont pas limités à la production de chaleur à l'aide d'un outil
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de coupe, mais peuvent comprendre également tous éléments capables de déve- lopper de la chaleur dans une zone d'une pièce afin de retarder ou de mo- difier sensiblement la conduction de la chaleur produite dans une autre par- tie de la pièce, d'un côté de la zone précitée, jusqu'à une partie relati- vement froide située de l'autre côté de ladite zone,
ou toute organisation évitant l'écoulement de chaleur induite depuis une zone superficielle d'un produit industriel métallique jusqu'à une masse plus froide en contact avec ce produit industriel.
Il est bien évident que l'on peut utiliser d'autres appareils et d'autres modes de mise en oeuvre de l'invention que ceux qui ont été décrits, et que l'on peut apporter des modifications., aussi bien au pro- duit qu'à l'appareil et au procédé, sans sortir du domaine de l'invention.
REVENDICATIONS.
1.- Appareil destiné à usiner et à traiter thermniquement une piè- ce comprenant un dispositif pour usiner une partie de ladite pièce, un dis- positif permettant de chauffer rapidement dans cette pièce une zone super- ficielle que l'on ne doit pas usiner mais qui est voisine de la partie de cette pièce que l'on doit usiner, et des dispositifs permettant de faire tourner la pièce par rapport aux dispositifs précités d'usinage et de chauf- fage, afin d'effectuer simultanément l'usinage et le chauffage sensiblement uniformes de la zone superficielle jusqu'à une profondeur désirée.