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Procédé pour la trempe superficielle, pur induction, bobina 1 d'induction et dispositif pour le mise en oeuvre de ce rrocadé.9
La présente invention est relative à un procédé pour la trempe superficielle par induction. Il est connu de chauffer par induction et de refroidir brusquement ensuite, en vue de la trempe superficielle, des pièces symétriques par rapport à un axe de rotation, par exemple des cylindres, ainsi que des pièces non symétriques par rapport à un axe de rotation, par exemple les cames d'un arbre à cames. Divers procédés ont été établis dans ce but. Dans les procédés à pièce immobile, aucun mouvement relatif n'a lieu entre la pièce et la bobine d'induction. La tension inductrice d'une bobine d'induction enveloppante engendre dans la pièce des lignes de courant, qui se referment sur la périphérie de celle-ci.
Ce procédé est applicable sans difficulté à des pièces cylindriques et est également utilisé pour chauffer
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les cames d'un arbre à cames, par exemple. L'inconvénient de ce procéda consiste en ce que la pièce doit être insérée dans le champ d'action de la bobine d'induction à l'aide d'un important appareillage mécanique, lorsqu'il s'agit d'une bobine d'induction fermée, qui ne s'ouvre pas.
L'appareillage mécanique pour l'introduction de la pièce peut être diminué lorsqu'on emploie des bobines d'induction qui meuvent s'ouvrir par relèvement. Ces systèmes présentent l'inconvénient de comporter, dans chaque bobine d'induction, un ou deux pointa de contact, lesquels donnent lieu à des perturbations, notamment en raison de l'usure dont ils font l'objet. Ainsi, lorsqu'une installation destinée, par exemple, au traitement thermique continu de pièces en oeuvre, comporte plusieurs bobines d'induction de cette sorte - destinées, par exemple, à traiter tous les points d'une pièce simultanément - cette installation présente un grand nombre de points vulnérables.
Il est vrai que atte disposition permet de supprimer l'appareillage mécanique pour l'introduction de la pièce; par contre, le déplacement des contacts (fermeture et ouverture) exige à son tour un appareillage mécanique important.
Il est connu, en.ce qui concerne les pièces cylindriques, d'employer des boucles de conducteurs chauffants, boucles qui ressemblent à un rectangle courbé, et à les appliquer sur la surface de la pièce à distance de couplage.
Sous une telle boucle de conducteur se forment des lignes de courant, qui sont une réplique de ce rectangle. Il s'ensuit que les lignes de courant ne courent pas autour de la périphérie de la-pièce, mais se referment dans la zone de recouvrement du conducteur de chauffage dans la couche superficielle de la pièce. Or, une telle bobine d'induction, sous la forme d'une boucle de conducteur de chauffage, peut
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être malaisément employée pour les pièces qui ne sont pas symétriques par rapport à un axe de rotation et dont seule une zone limitée de la périphérie est soumise au chauffage.
.Ces procédés présentent aussi certains inconvénients dans le cas de pièces cylindriques, lorsque la zone à chauffer est étroite.
La présente invention vise à établir un procédé permet- tant de chauffer la surface des pièces, qu'elles soient ou non symétriques par rapport à un axe de rotation, suivant le procédé à pièce tournante, dans le but de tremper ensuite ces pièces par un refroidissement brusque, procédé qui ne comporte pas les inconvénients des procédés connus. Ce but est atteint par le fait que l'on induit des lignes de cou- rant de même sens, dans la réf'on de la surface de la pièce, à l'aide d'une bobine d'induction qui n'enveloppe pas la partie à tremper de la surfece de la pièce, lignes qui se re- ferment sur la périphérie de la pièce.
Selon les opinions qui avaient cours jusqu'à présent, un tel trajet, avantageux par lui-même, du courant dans la pièce, ne pouvait être réa- lisé qu'avec une bobine d'induction enveloppant la surface.
Le procédé suivant l'invention ouvre de nouvelles possibili- tés pour le traitement de pièces en oeuvre, et cela en car- ticulier aussi en cas de fonctionnement entièrement automa- tique, parce que la pièce ou le' tronçon à traiter Peut être introduit aisément dans la booine d'induction.
Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, celle-ci suggère l'emploi d'une oouine d'induction conpre- nant un conducteur en forme de fourche, dont 1p largeur cor- respond à celle de la partie à chauffer. La bnrre transver- sale le la fourche peut être de forme elliptique ou rectili- .. gne. Toutefois, la forr.e la plus rationnelle en vue du chauffage de cames est celle d'un arc en demi-cercle, qui
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correspond au cercle décrit par la came car, dans ce cas, l'effet exercé sur le sommet de la came est particulièrement favorable.
La fourche se raccorde à deux branches qui forment la bouche, qui sont de préférence parallèles et d'égale longueur, mais qui, lorsqu'il s'agit de réaliser des schémas de chauffage particuliers, peuvent former un angle entre eux et présenter des longueurs différentes. Une telle bobine d'induction convient à la fois pour le traitement des pièces tant symétriques que non symétriques par rapport à un axe de rotation, c'est-à-dire, par exemple les cylindres, d'une part et les cames d'un arbre à cames, d'autre part.
Suivant une autre particularité de l'invention, applicable spécialement au traitemer d'arbres à cames, le rayon de la barre transversale demi-circulaire de la bobine d'induction en forme de fourche est égal à la hauteur de la came, augmentée de l'intervalle de couplage, tandis que l'é- cartement entre les branches est égal au double de la hauteur de la came, augmenté du double de la distance de couplage. La bobine d'induction peut être garnie, ainsi qu'il est connu en soi, de paquets de tôles, dans le but d'influencer le champ ; cestôles peuvent aussi limiter latéralement l'es- pace actif.
La bobine d'induction suivant l'invention offre surtout la possibilité de chauffer très aisément des portions de surface très rapprochées, sans qu'ait lieu simultanément le chauffage, indésirable, des portions situées entre les points à chauffer. D'autre part, avec cette bobine d'induction on a la certitude que les cernes en rotation d'un arbre à cames sont chauffées de façon uniforme. Par exemple, la came ou l'arbre à cames peut être introduit simplement d'en bas ou d'en haut dans la bobine d'induction, dont la bouche doit être tournée, en conséquence, vers le bas ou vers le haut, suivant le cas. Les moyens mécaniques nécessaires pour
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cette opération sont de nature simple.
La booine d'induction elle-même ne doit pas subir de déplacement et n'exige pas d'amenées flexibles pour le courant et le liquide de refroidissement. Plus particulièrement, une bobine d'induction de cette sorte ne nécessite pas de points de contact.
Suivant une autre caractéristique particulièrement favorable de la bobine d'induction suivant l'invention, la forme de la fourche constituant la booine d'induction comporte une variante consistant en ce que le conducteur présente la forme d'un arc de cercle et est pourvu d'une bouche dont les dimensions correspondent au diamètre du cercle-enveloppe de la came, augmenté d'une surdimension de sécurité.
Une construction particulièrement judicieuse consiste à établir le conducteur sous la forme d'une bande de fer plat pliée en cercle, bande sur laquelle on soude un tube de refroidissement et des tôles de culasse. Le conducteur est courbé en cercle, de façon à laisser une interruption correspondante à la bouche. Les bords de la bouche sont utilement prolongés vers l'extérieur, en vue de former des surfaces limites rectilignes et sont garnis entièrement ou partellement d'un tube de refroidissement et de tôles de culasse.
On a constaté que, grâce à cette conformation de la bobine d'induction, on obtient une uniformisation du champ dans la zone de la came et que, grâce à ctte disposition, on beut éviter la surchauffe du sommet de la came.
Le procédé suivant l'invention peut être mis en oeuvre de façon particulièrement favorable, en faisant appel à la bobine d'induction telle que définie plus haut, dans un dispositif où des arbres à cames sont appelés à recevoir une trempe superficielle de façon entièrement automatique. Suivant l'invention, on prévoit, dans ce dispositif, un système
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de transport animé de mouvements verticaux et horizontaux, qui, en conformité avec la cadence des périodes de chauffage, introduit l'arbre à cames dans les bobines d'induction à bouche ouverte, et qui, à la fin de la période de chauffage, les retire de celles-ci et les amène dans un bain de refroidissement. Ce dispositif de transport peut consister, par exemple, en une barre de relevée connue en soi.
Il est toutefois particulièrement avantageux que le système de transport soit composé de deux unités ou éléments distincts, mobiles dans le sens vertical et le sens horizontal, unités dont l'une reprend l'arbre à cames de la bande transporteuse qui l'amène, bour le rapprocher de la bobine d'induction et l'introduire dans celle-ci, tandis que l'autre unité retire l'arbre à crises de la bobine d'induction, pour le transporter, à travers le bain de refroidissement, vers la bande transporteuse d'évacuation. On peut éventuellement prévoir des dispositifs d'arrosage d'appoint pour le refroidissement, devant lesquels on fait passer les pièces. L'adoption de deux éléments distincts pour le transport offre l'avantage de permettre un réglage tenant compte des conditions particulières existant au moment considéré.
Plus particulièrement, cette disposition permet de prévoir une durée de séjour dans le bain de refroidissement ou dans la zone des dispositifs d'arrosage, largement indépendante de la durée de chauffage dans les bobines d'induction.
Les cames de chaque arbre à cames sont chauffées simultanément dans le dispositif suivant l'invention. A proximité des bobines d'induction est prévu un point de serrage constitué par deux contre-pointes. Au moins une des contre-pointes est entraînée, pour produire la rotation de la pièce.
Pour chauffer les cames et, éventuellement, les portées, on dispose côte à côte un nombre approprié de bobines d'in-
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duction et on les branche en série. Dans ce cas les connexions entre les différentes bobines d'induction sont avantageusement parallèles à l'axe de la pièce et sont fixées alternativement sur les côtés opposés de cette dernière.
Pour réduire les inductances supplémentaires, les conducteurs de retour sont disposés parallèlement au conducteur de connexion et au voisinage immédiat de celui-ci.
L'invention sera décrite ci-après d'une manière plus détaillée, en se reportant aux dessins annexés. Dans ces dessins :
La fig. 1 est une vue en élévation de la bobine d'induction, et
La fig. 2 est une vue en coupe de cette bobine.
La fig. 3 est une vue en coupe transversale d'une oobine d'induction d'une forme différente.
La fig. 4 est une vue en coupe transversale d'une bobine d'induction, dont les tôles de culasse sont exécutées d'une manière différente.
La fig. 5 est une vue en coupe verticale montrant la construction de l'ensemble du système pour la trempe superficielle des cames d'arbres à cames, en appliquant les bobines d'induction suivant l'invention.
La fig. 6 est une vue de decsus correspondant à la fig. 5.
La fig. 7 est une vue perspective ou schéma d'un couplage série des oobines d'induction, @estiné à une installation suivant les figs. 5 et 6.
La fig. 8 est une vue en coupe verticale du mode de réalisation particulièrement favorable de la bobine d'induction.
La fig. 9 est une vue en coupe longitudinale de cette dernière bobine.
Dans la fig. 1 on a représenté une bobine d'induction
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qui, conformément à l'invention, comprend un conducteur qui n'enveloppe pas la pièce en travail et, par conséquent, est traversée par un courant inducteur qui n'enveloppe pas la pièce, cette bobine étant appelée à engendrer, dans la pièce, animée d'un mouvement de rotation, un courant induit, qui se referme sur la périphérie de la pièce. D'une source appropriée 1 de courant alternatif partent deux conducteurs 9 et 9' qui, conjointement avec les conducteurs inducteurs 3 et 3', constituent une bobine d'induction en forme de fourche qui, dans l'exemple représenté, comporte une barre de liaison ou traverse 2 en forme de demi-cercle.
Les branches 3 et 3' des conducteurs, branches qui, ainsi qu'il est connu en soi, consistent en tuues de section rectangulaire, parcourus par le liquide, présentent une largeur correspondant à celle de la came 4 à chauffer. Le rayon 5 de la barre de liaison 2 en arc de cercle correspond à la hauteur de la came, augmentée de l'intaxvalle de couplage, tandis que la distance 6 entre les branches de la fourche est égale au double de la hauteur de la came, augmentée du double de l'intervalle de couplage. Les branches 3 et 3' de la bobine d'induction en forme de fourche présentent, dans l'exemple choisi, une longueur telle que.la came 4, en tournant, ne dépasse pas les extrémités des branches.
L'influence d'une telle bobine d'induction donne naissance, dans la came 4, à des courants tels qu'indiqués par les flèches 8. On peut obtenir un chauffage parfaitement uniforme jusqu'à la profondeur voulue et, en choisissant convenablement le rapport entre la longueur des branches 3 et 3', d'une part et la hauteur de la came, d'autre part, on peut influencer l'allure de la température dans le sommet de la came.
Dans la fig. 2 on a représenté une disposition \\il les
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conducteurs de retour 9 et 9' sont placée à l'extérieur des tôles magnétiques 10, elles-mêmes situées sur les branches 3 et 3' des conducteurs, ainsi qu'il est connu en soi.
Dans la fig. 3, les conducteurs de retour 9" et 9"' sont appliquas latéralement aux tôles 10.
Dans la fig. 4, qui correspond largement à la fig. 2, les branches 11 des tôles 10 sont prolongées vers le bas presque jusqu'à l'arbre 13. Il en résulte un accroissement de l'effet de chauffage; en particulier, on parvient ainsi à amélioler le facteur de puissance cos @ La facilité de la mise en place et de l'enlèvement de la pièce n'en est pas compromise.
Une telle booine d'induction peut être utilisée de fa- çon particulièrement favorable dans un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, suivant l'invention, pour la trempe superficielle entièrement automatique d'arbres à cames.
Un dispositif particulièrement favorable de cette sorte est représenté dans les figs. 5 et 6, où l'on a choisi une forme de réalisation dans laquelle le dispositif de transport pour l'amenée des arbres à cames au point de chauffage est constitué par deux unités distinctes. Cette installation pourrait être équipée de façon similaire d'une barre de relevée. Toutefois, dans ce cas, on n'aurait pas la possibilité de régler le système dans de larges limites, pour l'adapter à des conditions particulières.
L'installation se compose d'un bassin 14 pour le liqui- de de trempe, de l'huile ou de l'eau, par exemple. Le liquide de trempe peut être mis en circulation à l'aide d'une pompe 15 et des conduites raccordées à celle-ci. Le niveau du liquide est désigné par 16. Sur le bassin 14 est montée une bande transporteuse 17 au moyen de chevalets porte-paliers 18 et 19. La bande transporteuse est pourvue de taquets 20,
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sur lesquels on pose les arbres à cames 13 à tremper. La bande transporteuse d'amenée 17 transmet les arbres à cames 13 au dispositif de transport, qui agit de façon à amener les pièces aux bobines d'induction 21, dont une seule est représentée dans la fig. 5.
Sur les bobines d'induction se trouvent les condensateurs 22 nécessaires au fonctionnement de l'installation.
Le système de transport est constitué par deux unités distinctes 23 et 24, mobiles dans le sens vertical et le sens horizontal. Les déplacements de ces unités sont comman- des rar voie hydraulique. Le cylindre 25 assure le déplacement horizontal de l'organe récepteur 26 qui se déplace sur un guidage 27. Le guidage 27 est déplacé verticalement dans les deux sens par le cylindre 28. L'unité 24 est pourvue d'éléments correspondants 25', 26', 27' et 28'. A proximité des bottines d'induction 21 se trouve le dispositif de serrage pour les pièces 13. Le dispositif de serrage se compose de ( x contre-pointes 29 et 30.
La contre-pointe 30 est entraînée par un moteur 31, de sorte que la pièce en oeuvre 13 peut être entraînée en rotation dans le dispositif de serra ce.
L'organe de réception transporteur 26 amène la pièce 13 au point de serrage, où elle est saisie par les contre-pointes 29 et 30. Aussitôt après, l'unité 23 descend, et ramène le bras de réception 26 à la position de départ, de sorte que celui-ci peut recevoir à cet endroit une nouvelle pièce 13.
Entre-temps le bras de réception 26' de l'unité 24 arrive au point de serrage et reprend la pièce 13, dont le chauffage a été achevé. La descente du bras de réception 26' a pour effet d'amener la pièce au-dessous du niveau 16 du liquide de trempe. La pièce 13 est amenée à se déplacer horizontalement à travers le liquide de trempe, à une vitesse
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qui peut $tre déterminée à volonté. Lorsque la durée de séjour ainsi déterminée dans le liquide de trempe est insuffisante, on peut produire un.refroidissement supplémentaire à l'aide du dispositif d'arrosage 32. De plus, on peut prévoir des dispositifs d'arrosage supplémentaires en 33 et 34, c'est-à-dire, sur le trajet que suit la pièce 13, sur le
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dispositif de transport 24, vers la bande traisjorteuse diz- vacuation 35.
La bande transporteuse 35 est constituée et montée de façon pratiquement identique à celle de la bonds transporteuse 17.
Les bobines d'induction 21 établies suivant l'invention sont de préférence branchées en série et placées côte à côte, la disposition étant telle - ainsi qu'on le voit dans la figure schématique 7 - que le connexion entre les différen- tes bobines d'induction 21 est établie à l'aide de conduc- teurs dont ceux désignés par 30 se trouvent d'un côté de l'axe 37 de la pièce, tandis que les autres, désignés par 38, se.trouvent du côté opposé de cet axe.
Suivant .'invention,
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et afin de réduire les inductances parasites, il fat su;ar;éré de disposer les conducteurs de retour 9 t '/' rtrf'llëlement au conducteur 38 et à proximité immédiate de c¯J.rr.c3., La commande de la succession dans le t'mts ,j... tiouv'ments des dispositifs de transport net être c.'.'c,u e à l'aide de moyens électriques cuelconnaes, connus en zoi.
Dfcns la for;ne de réalisation n.rx.culir:,trt favorable de l'invention, représentée dons lA 171.g. S, -in T-'voit, pour assurer le chauffage 11 induction it 1F. c .f} 7 ou .l'un arbre à cames 40, par le procédé à pièce tournante, une bobine d'induction qui n'enveloppe pas complètement la pièce en oeuvre. Cette bobine d'induction est constituée pnr un
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conducteur en forme de b.nde 41, 1 coure' '111 for.',* de cerc Le cercle est interrompu par une bouche 42, don* 1 r nrr;ar
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correspond au diamètre d'enveloppe H de la came 39, augmenté d'une' surdimension de sécurité A. De cette façon, on a la possibilité d'introduire la came 39 dans la bobine d'induction dans n'importe quelle position, voire entraîner l'arbre à cames 40 en rotation pendant l'introduction.
Le conducteur 41 est constitué avantageusement en tôle de cuivre. Un tube 43, de préférence à section rectangulaire, est soudé sur ce conducteur. Sur cet ensemble, constitué par la bande 41 et le tube 43, on applique des tôles de culasse magnétiques 44.
Il est avantageux de prolonger les bords de la bouche 42 vers l'extérieur, dans le but de former des surfaces limites droites 45. Dans l'exempt, adopté, ces tronçons prolongés sont garnis de tôles de culasse, ainsi qu'il est indiqué en 46. Le tube de refroidissement 43 est également situé dans cette zone. Les raccordements à eau de refroidissement sont représentés en 47. Le raccordement électrique de la bobine d'induction est assuré à l'aide de pattes de connexion 48.
Ainsi qu'il ressort de la fig. 9, il est avantageux de choisir la largeur du conducteur 41, et donc celle des tôles de culasse 44, de telle manière qu'elle soit supérieure à celle de la came 39. Ceci entraîne une plus grande uniformisation du champ dans l'espace intérieur de la bobine d'induction.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.