Procédé de calibrage et de trempe d'articles métalliques creux, en particulier de corps annulaires pour roulements à rouleaux. Suivant la pratique actuelle, des articles crn métal trempés, de section annulaire, tels, par exemple, que des cuvettes et des cônes de roulements à rouleaux, sont d'abord façonnés et calibrés, d'une façon quelconque conve nable, et sont après cela chauffés pour re froidir brusquement dans le but de les trem per et une déformation est une conséquence si comme de l'opération de trempe que l'ar ticle trempé exige, habituellement d'être meulé pour rectifier la déformation, malgré que ce meulage constitue une opération coû teuse et nuise à la qualité de l'article.
La présente invention a pour objet un procédé de calibrage et de trempe d'articles métalliques creux en particulier de corps annulaires pour roulements à rouleaux, sui vant lequel on chauffe la pièce à usiner, après l'avoir formée à un diamètre légère ment inférieur à celui qu'elle doit avoir une fois terminée, puis on soumet mécaniquement la pièce chaude à une tension circonféren- tielle pour en dilater l'intérieur à un dia mètre légèrement supérieur à celui qu'elle doit avoir une fois terminée, et on la trempe immédiatement par refroidissement brusque, sans relâcher la tension circonférentielle en question,
les opérations de mise sous tension et de trempe étant sensiblement instantanées et effectuées assez tôt après le chauffage de la pièce pour éviter un refroidissement ap préciable de celle-ci.
Grâce à ce procédé, on peut obtenir un calibrage de façon bon marché et simple, obvier à la tendance de l'article à se défor mer à la trempe et réduire au minimum, sinon même supprimer l'obligation d'un meu lage ou d'une opération de finissage du même genre.
L'invention a en outre pour objet un corps annulaire pour roulements à rouleaux obtenu par le susdit procédé, et ayant comme paroi de roulement une croûte durcie par une trempe à la surface. Ce corps annulaire sui vant l'invention se distingue en ce . que .toute la croûte durcie résultant de la trempe de surface est conservée dans le corps terminé.
Sur le dessin ci-joint, donné à titre d'exemple: Fig. 1 représente des parties d'un appa reil propre à la mise en pratique dudit pro cédé pour le calibrage et la trempe de cônes de roulements à rouleaux, un tel cône étant représenté en position pour être soumis à l'action de l'organe dilatateur, qui est dans sa position la plus élevée et est représenté en élévation, tandis que le cône et les autres parties de l'appareil sont représentés en coupe; Fig. 2 est une coupe verticale des parties de l'appareil qui sont représentées à la fig. 1, avec l'organe dilatateur à fin de course en bas;
Fig. 3 est une vue similaire à fig. 1, et Fig. 4 est une vue similaire à fig. 2, mais avec l'organe dilatateur représenté sous la forme d'un mandrin conique propre à être utilisé pour la fabrication d'une cuvette de roulement à rouleaux, et Fig. 5, 6 et 7 représentent des modifica tions de cet appareil, convenant pour sou mettre la cuvette à une contrainte tant inté rieurement qu'extérieurement au cours de la trempe.
La matière, qui est de préférence de l'acier, est d'abord travaillée, par des opé rations d'usinage aux outils tranchants, ou de forgeage, ordinaires, en un article "vert" ayant sensiblement la dimension et la forme que doit avoir le produit final, mais avec un diamètre intérieur légèrement inférieur à celui de ce dernier.
On traite ensuite cet ar ticle "vert" par la chaleur, suivant la prati que courante ou de toute manière convenable, mais, au lieu de le refroidir brusquement à sa sortie du four, on le soumet à une opéra tion qui crée rapidement dans le métal une tension circonférentielle pour en agrandir l'intérieur à un diamètre légèrement supé rieur à celui que doit avoir le produit fini, puis, aussitôt, on le refroidit brusquement, pour le tremper, sans relâcher la tension cir- conférentielle en question.
Dans les fig. 1 et 2 du dessin, A désigne un cône "vert", pour roulements à rouleaux, fabriqué d'une façon quelconque convenable, mais avec un diamètre intérieur légèrement inférieur à celui que doit avoir l'article ter miné. On traite ensuite ce cône vert par la chaleur, suivant la pratique ordinaire, ou toute autre façon de faire, convenable et, dès qu'il sort du four, on le place sur un siège 1, prévu pour lui sur la table 2, d'une presse dont le piston 3 monte et descend verticale ment en ligne avec ledit siège. La table 2 est pourvue d'une saillie allongée 4 qui est en alignement axial avec le piston et qui af fecte la forme d'un tronc de cône dont la petite base se trouve en haut.
La tête du pis ton est pourvue d'un mandrin dilatateur 5, comprenant plusieurs segments allongés 6 qui font corps avec la base de ce mandrin et sont séparés les uns des autres par des fentes ou coupures 7 s'étendant longitudinalement. Les surfaces extérieures de ces segments sont con centriques et de la courbure requise pour pro duire la dilatation voulue de l'intérieur de l'article chauffé; c'est-à-dire que les surfaces des segments, lorsque ceux-ci sont complète ment écartés ou dilatés radialement, sont con centriques à l'axe du tronc de cône 4 et du piston 3 et ont un rayon légèrement supé rieur à celui que doit avoir l'article terminé.
Les surfaces intérieures de ces segments sont coniques, comme cela est représenté en 8 et sont établies pour coopérer avec le tronc de cône 4, et les parties sont disposées de telle sorte, les unes par rapport aux autres, que le mouvement descendant du piston obligera les surfaces internes des segments à porter con tre le tronc de cône 4 et à être écartées ra- dialement par l'action de ce dernier agis sant à la façon d'un coin.
Grâce à cette dis position, le cône de roulement chaud qui en toure le tronc de cône 4 et repose sur le siège 1 est en position pour permettre aux segments dilatateurs de pénétrer sur une distance con sidérable dans le creux du cône chaud avant qu'aucune action de dilatation se produise, tandis que la continuation de la descente du piston fait que les segments sont écartés de dedans en dehors, contre la paroi intérieure du cône et en agrandissent le calibre ou dia- mètre intérieur. Comme cela a été dit ci-des sus, les parties doivent être réglées de talle façon que, lorsque les segments sont complè tement écartés, le diamètre intérieur du cône chaud sera légèrement supérieur à celui que doit avoir l'article terminé.
La dilatation de l'intérieur du cône crée une tension circonférentielle dans le métal du cône et il est très avantageux de refroidir ra pidement le cône, pour le tremper, sans au cun délai appréciable après cet agrandisse ment de l'intérieur et sans soustraire le cône à la force qui l'a dilaté. Pour cette raison, le système de trempe est disposé et réglé par rapport aux segments dilatateurs, de telle sorte que le liquide de trempe est amené en action simultanément avec l'achèvement de l'opération de dilatation. Pour la trempe, le siège du cône chaud est entouré par une paroi annulaire 9 qui forme, avec ce siège, une chambre de trempe.
Cette paroi possède une multiplicité de conduits 10, s'étendant longitudinalement à travers son fond, et communiquant, par un canal an nulaire 11, un trou 12 foré dans la table 2 et un tuyau 13, avec une source de liquide de trempe. Chacun des conduits 10 commu nique avec l'intérieur de la chambre de trempe par des trous d'injection 14 débou chant dans la face interne de la paroi de cette chambre et la partie inférieure de cette paroi est pourvue d'une multiplicité de trous 15 pour évacuer de ladite chambre le liquide de trempe. L'arrivée du liquide de trempe est contrôlée par une soupape 16 montée, dans le trou 12, en alignement axial avec le piston 3.
Cette soupape 16, qui est disposée pour se mouvoir verticalement, est normalement fer mée sur son siège, dans sa position supé rieure, et est susceptible d'être ouverte par une tige descendante 17 montée sur la tête dudit piston, ou mobile avec cette tête, en po sition pour porter contre la tige 18 de la sou pape et pour ouvrir par cela même cette sou pape et inonder la chambre de trempe lors que le piston approche de la limite inférieure de sa course.
Comme le piston se meut à la vitesse ha bituelle d'un piston de presse commandée par force motrice, les opérations de dilatation et de trempe du cône sont accomplies très rapi dement et sans aucun délai appréciable entre elles, et, comme les jets arrosent toute la circonférence simultanément et pendant que le cône est encore sur les segments dilata teurs, le produit résultant est exempt de dé formation. Comme le métal est soumis à une tension circonférentielle préalablement à la trempe, et est trempé sans relâchement de cette tension, son intérieur se contracte légè rement lorsque le cône trempé est arraché des segments dilatateurs.
C'est en raison de cette légère contraction, lors de l'arrachement, que les segments dilatateurs sont réglés cdé ma nière à dilater le creux du cône chaud à un diamètre légèrement supérieur à celui qu'on désire pour l'article terminé.
Dans le cas d'un cône de roulement à rou leaux à creux axial cylindrique, le rétrécisse ment du diamètre est inégal en raison de la variation dans l'épaisseur de la paroi et, si la paroi d'un tel cône est proportionnellement beaucoup plus épaisse au gros bout qu'à la petite extrémité, ce rétrécissement, ou retrait, inégal, produira une conicité marquée du trou ou creux du cône, de la petite extrémité de celui-ci vers son gros bout.
Bien que cette conicité due au retrait d'une paroi d'épais seur inégale, soit faible, on doit en tenir compte en déterminant la conicité du man drin de calibrage sur lequel un cône de roule ment à rouleaux est calibré et trempé, c'est- à-dire que la conicité de ce mandrin cali- breur doit être très légèrement moindre que celle qu'on désire pour le creux, ou trou rond, du cône terminé.
On doit également tenir compte, d'une façon similaire, d'un retrait inégal-dans le cas de cuvettes de roulements à rouleaux, et autres articles dans lesquels le creux intérieur est conique et où la surface extérieure est sensiblement cylindrique, ou présente une conicité bien moindre que celle de la surface intérieure. Cet établissement du mandrin dilatateur de manière à tenir compte d'un retrait inégal a pour effet de produire un agrandissement plus grand du creux intérieur à l'extrémité épaisse de l'ar ticle, où le retrait est le plus grand, qu'à l'extrémité mince, où ce retrait est le plus faible. Dans le cas d'alliages qui ont très peu de retrait, il n'est pas nécessaire de tenir compte du retrait inégal éventuel.
Cette dilatation suivie d'une trempe, ou refroidissement brusque, dlans les conditions sus-indiquées, a pour effet de produire une grande exactitude de dimension et de forme, de la section et une grande égalité ainsi qu'une grande intégrité de la surface. La dé formation est évitée, un meulage, ou rectifi cation, de l'article trempé est rendu inutile dans la plupart des cas; toute la profondeur de la croûte ou partie trempée à la surface est conservée et la surface est saine et prête à être utilisée comme surface de roulement.
Un avantage important du procédé décrit est que le meulage de cuvettes et de cônes pour roulements à rouleaux etc., peut être effectué dans leur état "vert" ou non trempé, et que les opérations de trempe subséquentes sont effectuées dans des conditions qui ten dent à améliorer l'exactitude et le bon état des surfaces de roulement, plutôt qu'à leur nuire. Il est remarquable que non seulement ce procédé crée un flux plastique qui fait que le métal épouse exactement la forme du man drin ou des segments par lesquels il est dilaté et sur lesquels il est refroidi brusquement, ou trempé, mais encore que l'enlèvement de ce mandrin dans une direction axiale tend à dresser ou polir la surface sans nuire à sa bonne qualité.
Fig. 3 et 4 représentent un appareil du même genre que celui des fig. 1 et 2, mais convenant pour la mise en pratique du pro cédé pour le calibrage et la trempe de cu vettes de roulements à rouleaux. A cet effet, l'organe dilatateur assujetti au piston 3 n'est pas constitué par des segments, mais affecte la forme d'un mandrin continu 5a, de la co- nicité voulue pour la surface intérieure de la cuvette terminée et de diamètre un peu su périeur à celui que doit avoir cette cuvette terminée.
Pour la trempe, la surface exté- rieure de ce mandrin est pourvue d'une mul tiplicité de rainures 19, s'étendant longitu- tinalement, qui sont légèrement obliques ou hélicoïdales et s'étendent jusqu'au bas de ce mandrin, en sorte qu'elles communiquent avec l'espace 20 existant, dans la chambre de trempe, sous ledit mandrin et de là, par un passage 21 pratiqué dans le siège 1a, avec le système d'amenée du liquide de trempe. Le fonctionnement de l'appareil est le même que celui de l'appareil représenté aux fig. 1 et 2, mais il est à noter que le liquide de trempe est dirigé, tant contre la surface inté rieure que contre la surface extérieure de la cuvette B, simultanément.
Fig. 5 représente un appareil disposé pour soumettre la cuvette à une contrainte tant extérieurement qu'intérieurement durant l'opération de trempe. Cet appareil est pour vu d'une dépression circulaire destinée à re cevoir la cuvette chaude. La paroi annulaire de cette dépression est pourvue d'une série de rainures hélicoïdales 19a qui communi quent avec les conduits 10a par une série de trous d'injection 14a. Le fonctionnement de l'appareil est le même que celui de l'appareil représenté aux fig. 3 et 4, mais, dans ce cas, la cuvette subit une contrainte tant exté rieurement qu'intérieurement durent l'opéra tion de trempe.
L'appareil représenté à la fig. 6 est pour vu d'un porte-cuvette 23, constitué par des segments, dont la surface extérieure présente une conicité correspondant à celle du siège conique prévu, pour le recevoir, dans la paroi 9. La surface intérieure du porte-cu vette 23 est pourvue d'une série de rainures hélicoïdales 19b, qui communiquent, par des trous d'injection 14b et des conduits 10b, avec le canal annulaire 11. Le fonctionne ment de cet appareil est le même que celui de l'appareil représenté à la fig. 5.
L'appareil représenté à la fig. 7 est des tiné au calibrage et à la trempe de cuvettes dont la surface intérieure aussi bien que la surface extérieure sont coniques. Cet appa reil est pourvu d'une dépression conique dont la paroi est pourvue d'une série de rainures hélicoïdales 19c, qui communiquent, par des trous d'injection 14c et des conduits 10c, avec le canal annulaire 11.
On pourrait aussi faire usage de man drins pleins, ou de dispositions de mandrins dilatateurs différent de celle représentée. En outre, on peut appliquer en modifiant la forme du mandrin, le procédé à des articles creux dont l'intérieur n'est pas circulaire. La croûte durcie produite par la trempe contre le mandrin cannelé portera les marques des nervures ou côtes, alternant avec celles des cannelures ou rainures, marques qui sont complètement invisibles directement, mais que l'on peut discerner en manipulant la cuvette de manière à obtenir une réflexion conve nable de la lumière sur elle.