Four de trempe pour petites pièces délicates Les difficultés rencontrées lors de la trempe de pe tites pièces délicates sont les suivantes - déformation des pièces ; - irrégularités de leurs propriétés mécaniques ; - altération de leur surface.
Les déformations subies par les pièces lors de la trempe sont d'origine mécanique et thermique. Les dé formations mécaniques proviennent de la libération des contraintes d'usinage lors du chauffage des pièces et des sollicitations mécaniques exercées sur celles-ci pendant l'opération. Les déformations thermiques sont dues à des variations dans l'espace des caractéristiques thermi ques (températures, temps et vitesse de chauffage).
Les variations dans l'espace, lors de la trempe, des caractéristiques thermiques entraînent entre des pièces distinctes ainsi qu'entre les parties constitutives d'une même pièce, l'apparition d'irrégularités de structure et dès lors de différences dans leurs propriétés mécaniques.
Certaines variations dans le temps de la composition chimique de l'atmosphère de trempe provoquent à la surface des pièces des altérations de leurs propriétés mécaniques (dureté superficielle, usinabilité, résistance à l'usure, etc.) et de leur aspect esthétique.
Les critères suivants guident la conception et la réa lisation d'un système efficace destiné à la trempe des petites pièces délicates a) la réduction des sollicitations mécaniques exer cées sur les pièces pendant l'opération ; b) la réalisation d'un chauffage uniforme à une tem pérature déterminée pendant un temps fixé suivi d'un refroidissement uniforme par immersion des pièces dans un bain de trempe choisi ; c) l'établissement et le maintien dans le temps d'une atmosphère de trempe adéquate.
La présente invention a pour objet un four de trempe pour petites pièces délicates, permettant de satisfaire aux critères susmentionnés, comprenant une enceinte de chauffage tubulaire verticale, sous atmosphère protec trice, entourée d'au moins un corps de chauffe, un bain de trempe disposé au-dessous de l'enceinte et un dispo sitif de récupération des pièces trempées.
Ce four est caractérisé en ce qu'il comporte un godet en forme de volume cylindrique de section annulaire et à fond amo vible, destiné à contenir les pièces et susceptible d'être introduit par le haut dans ladite enceinte et en ce que l'enceinte de chauffage est munie à son extrémité infé rieure d'un cône de dégagement plongeant dans le bain de trempe et d'une tubulure latérale pour l'insufflation d'un gaz de protection, le godet laissant passer, à son intérieur et à son extérieur, un courant de gaz ascendant porté à haute température insufflé par ladite tubulure.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du four de trempe faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique, en élévation, de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en coupe axiale du godet con tenant les pièces, à échelle fortement agrandie.
La fig. 3 en est une vue de dessus.
La fig. 4 est une vue en coupe axiale d'une partie du four, au moment où les pièces tombent dans le bain de trempe, à la même échelle que les fig. 2 et 3.
Le four représenté comprend une enceinte de chauf fage constituée par un tube vertical 1 entouré de corps de chauffe 2 et muni à son extrémité inférieure d'un cône de dégagement 3 plongeant dans le bain de trempe 4, d'une entrée tubulaire latérale 5 et d'une butée d'arrêt 6.
Un godet 7 destiné à contenir les pièces à traiter est susceptible d'être introduit par le haut dans l'enceinte de chauffage 1 et a pour but d'assurer le chargement, le chauffage et la trempe de ces pièces. Le godet 7 coin- prend un volume cylindrique de section annulaire muni de parois 8, 9, d'un fond amovible 10 et d'une tige de suspension 11. Deux cylindres verticaux coaxiaux et reliés par des entretoises 12 forment les parois 8, 9 du godet 7. La hauteur de la paroi extérieure 9 est supé rieure à celle de la paroi intérieure 8. L'ensemble de parois latérales 8, 9 précédent est posé sur le fond amo vible 10, qui est constitué par un cône de fermeture sus pendu par la tige 11. Cette dernière comporte une bague d'arrêt 13 située au-dessus des parois latérales 8, 9.
Le godet 7 est ouvert à sa partie supérieure et l'ensemble de la tige 11 et du fond 10 peut coulisser verticalement par rapport aux parois 8, 9. Un anneau de retenue 14 percé de trous 15 est fixé à l'extérieur de la paroi 9 du godet 7. Des trous 16 sont également pratiqués dans la partie centrale plane du fond amovible 10. De même, des trous 17 sont pratiqués dans une pièce 18 fermant le haut du cylindre 8.
Un cône collecteur 19 est immergé dans le bain de trempe 4 au-dessous de l'enceinte de chauffage 1 et est muni à sa partie inférieure d'un tamis de récupération amovible 20. Un bras mobile horizontal 21, portant le tamis 20, est solidaire d'une tige verticale 22 pivotant dans le fond de la cuve 23 contenant le bain de trempe 4. Une poignée 24 permet de manoeuvrer la tige 22 et le bras 21.
Le four de trempe décrit et représenté fonctionne comme suit L'enceinte tubulaire 1 est chauffée extérieurement par les corps de chauffe 2. Un gaz de protection à haute température, constitué par exemple par du méthanol craqué (soumis au cracking), est insufflé par la tubu lure 5 à la base de l'enceinte de chauffage 1 et brûle à son extrémité supérieure, en 25.
Les pièces à traiter 26 sont introduites dans le godet 7 fermé à sa partie inférieure par le fond 10, les deux cylindres coaxiaux 8 et 9 reposant sur le cône de fer meture 10. Le godet 7, soutenu par la tige de suspen sion 11, est introduit par le haut dans l'enceinte de chauf fage 1. Le godet 7, contenant les pièces à traiter 26, est maintenu à la hauteur de la zone de chauffage, c'est-à- dire entre les corps de chauffe 2. Les pièces 26 sont chauffées pendant le temps adéquat à la température de trempe. A la fin de ce laps de temps, le godet 7 est abaissé, de sorte que l'anneau de retenue 14 du godet 7 rencontre la butée d'arrêt 6 du tube 1 et arrête la pro gression des parois du godet 7.
L'ensemble de la tige 11 et du fond 10 poursuit sa descente et parvient dans la position montrée sur la fig. 4 : le godet 7 s'ouvre et les pièces 26 sont précipitées dans le bain de trempe 4. La bague d'arrêt 13 de la tige 11 rencontre la partie supé rieure de la pièce 18 et empêche le cône de fermeture 10 de plonger dans le bain de trempe 4 (constitué de pré férence par de l'huile).
Le cône collecteur 19 récolte les pièces trempées qui sont rassemblées dans le tamis de récupération 20. Le bras 21, par un mouvement de rotation puis de transla tion verticale, permet de retirer le tamis 20 et de recueil lir les pièces trempées.
Sous l'angle des critères exposés au début du pré sent mémoire, le four de trempe décrit présente les avantages suivants: <I>Critère a : Réduction des sollicitations</I> mécaniques <I>exercées sur les pièces.</I>
Lors du chargement et du chauffage des pièces, le système de trempe n'exerce sur celles-ci aucune sollici- tation mécanique. Lors de la trempe, les pièces ne glis sent le long du cône 10 du godet 7 que sur une distance réduite ; le cône de dégagement 3 de l'enceinte de chauf fage 1 évite lors de la trempe les chocs entre les pièces et les parois de l'enceinte de chauffage.
<I>Critère b: Chauffage et trempe uniformes.</I>
Un godet à section annulaire présente sur un godet à section cylindrique l'avantage d'être chauffé par l'inté rieur au moyen du courant ascendant de gaz porté à haute température. On voit en effet que le gaz de pro tection insufflé par la tubulure 5 peut entrer dans l'inté rieur du cylindre 8 par les trous 16 du fond 10 et en sortir par les trous 17 de la pièce 18. De plus, ce gaz passe aussi à l'extérieur du cylindre 9 et s'échappe vers le haut par les trous 15 de l'anneau de retenue 14 du godet 7. Ceci permet un chauffage uniforme des pièces à traiter.
Le godet 7, dans sa position fermée, peut être amené à proximité de la surface du bain de trempe 4. Lors de la trempe, la distance à parcourir par les pièces 26 por tées à haute température avant d'être immergées dans le bain de trempe 4, est donc réduite et leur refroidis sement se fait de façon uniforme. L'ouverture du godet 7 s'accompagne d'un léger choc (dû à la rencontre de l'anneau de retenue 14 avec la butée d'arrêt 6 du tube 1), choc qui précipite toutes les pièces 26 dans le bain de trempe 4 à la même vitesse. La trempe se fait donc de façon uniforme pour toute la charge du four.
<I>Critère c :</I> Etablissement <I>et maintien d'une atmo-</I> <I>sphère adéquate.</I> La conception de l'enceinte de chauffage 1 et de l'insufflation du gaz de protection élimine tout risque de rentrées d'air dans le four.
On peut encore citer d'autres avantages, notamment - le fonctionnement du four ne fait pas appel à des pièces en rotation à haute température et évite donc les dangers de grippage; - une simple translation assure le chargement, le chauffage, la trempe et le rechargement des piè ces. Ces opérations peuvent être aisément auto matisées ; - la géométrie cylindrique du godet 7 empêche sa déformation lors de ses passages successifs à haute température ; - le four ne comporte pas de pièces en mouvement de grande inertie, - le prix du four de trempe est inférieur à celui des fours existants.
Hardening furnace for small delicate parts The difficulties encountered during the hardening of small delicate parts are as follows - deformation of the parts; - irregularities in their mechanical properties; - alteration of their surface.
The deformations undergone by the parts during quenching are of mechanical and thermal origin. The mechanical deformations come from the release of the machining stresses during the heating of the parts and the mechanical stresses exerted on them during the operation. Thermal deformations are due to variations in space of thermal characteristics (temperatures, time and rate of heating).
The variations in space, during the quenching, of the thermal characteristics cause between distinct parts as well as between the constituent parts of the same part, the appearance of structural irregularities and consequently of differences in their mechanical properties .
Certain variations over time in the chemical composition of the quenching atmosphere cause the surface of the parts to alter their mechanical properties (surface hardness, machinability, wear resistance, etc.) and their aesthetic appearance.
The following criteria guide the design and construction of an efficient system for the hardening of small, delicate parts: a) reduction of mechanical stresses exerted on the parts during operation; b) carrying out uniform heating at a determined temperature for a fixed time followed by uniform cooling by immersion of the parts in a chosen quenching bath; c) establishing and maintaining an adequate quenching atmosphere over time.
The present invention relates to a quenching furnace for small delicate parts, making it possible to satisfy the aforementioned criteria, comprising a vertical tubular heating chamber, under a protective atmosphere, surrounded by at least one heating body, a quenching bath arranged below the enclosure and a device for recovering the hardened parts.
This oven is characterized in that it comprises a cup in the form of a cylindrical volume of annular section and with a removable bottom, intended to contain the parts and capable of being introduced from above into said enclosure and in that the enclosure heater is fitted at its lower end with a release cone immersed in the quenching bath and a lateral tubing for blowing a shielding gas, the cup allowing passage, inside and outside , an ascending gas stream brought to high temperature blown in by said tubing.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the quenching furnace forming the subject of the invention.
Fig. 1 is a schematic view, in elevation, of this embodiment.
Fig. 2 is an axial sectional view of the bucket containing the parts, on a greatly enlarged scale.
Fig. 3 is a top view.
Fig. 4 is an axial sectional view of a part of the furnace, when the parts fall into the quenching bath, on the same scale as in FIGS. 2 and 3.
The oven shown comprises a heating enclosure constituted by a vertical tube 1 surrounded by heating body 2 and provided at its lower end with a clearance cone 3 immersed in the quenching bath 4, with a lateral tubular inlet 5 and a stopper 6.
A cup 7 intended to contain the parts to be treated is capable of being introduced from the top into the heating chamber 1 and is intended to ensure the loading, heating and quenching of these parts. The cup 7 wedge takes a cylindrical volume of annular section provided with walls 8, 9, a removable bottom 10 and a suspension rod 11. Two vertical cylinders coaxial and connected by spacers 12 form the walls 8, 9 of the bucket 7. The height of the outer wall 9 is greater than that of the inner wall 8. The previous set of side walls 8, 9 is placed on the removable bottom 10, which is constituted by a closing cone above hanged by the rod 11. The latter comprises a stop ring 13 located above the side walls 8, 9.
The cup 7 is open at its upper part and the assembly of the rod 11 and the bottom 10 can slide vertically with respect to the walls 8, 9. A retaining ring 14 pierced with holes 15 is fixed to the outside of the wall. 9 of the cup 7. Holes 16 are also made in the flat central part of the removable bottom 10. Likewise, holes 17 are made in a part 18 closing the top of the cylinder 8.
A collecting cone 19 is immersed in the quenching bath 4 below the heating chamber 1 and is provided at its lower part with a removable recovery screen 20. A horizontal movable arm 21, carrying the screen 20, is integral with a vertical rod 22 pivoting in the bottom of the tank 23 containing the quenching bath 4. A handle 24 enables the rod 22 and the arm 21 to be operated.
The quenching furnace described and shown operates as follows The tubular enclosure 1 is heated externally by the heating bodies 2. A high-temperature protective gas, consisting for example of cracked methanol (subjected to cracking), is blown by the gas. pipe 5 at the base of the heating chamber 1 and burns at its upper end, at 25.
The parts to be treated 26 are introduced into the cup 7 closed at its lower part by the bottom 10, the two coaxial cylinders 8 and 9 resting on the iron cone 10. The cup 7, supported by the suspension rod 11, is introduced from above into the heating chamber 1. The cup 7, containing the parts to be treated 26, is maintained at the height of the heating zone, that is to say between the heating bodies 2. The parts 26 are heated for the time adequate to the quench temperature. At the end of this time, the bucket 7 is lowered, so that the retaining ring 14 of the bucket 7 meets the stop 6 of the tube 1 and stops the progression of the walls of the bucket 7.
The assembly of the rod 11 and the bottom 10 continues its descent and arrives in the position shown in FIG. 4: the cup 7 opens and the parts 26 are precipitated in the quenching bath 4. The stop ring 13 of the rod 11 meets the upper part of the part 18 and prevents the closing cone 10 from plunging into it. the quenching bath 4 (preferably consisting of oil).
The collecting cone 19 collects the hardened parts which are collected in the recovery sieve 20. The arm 21, by a movement of rotation and then vertical translation, allows the sieve 20 to be withdrawn and the hardened parts to be collected.
From the point of view of the criteria set out at the start of this brief, the quenching furnace described has the following advantages: <I> Criterion a: Reduction of mechanical </I> stresses <I> exerted on the parts. </I>
When the parts are loaded and heated, the quenching system does not exert any mechanical stress on them. During quenching, the parts only slide along the cone 10 of the cup 7 over a reduced distance; the clearance cone 3 of the heating enclosure 1 prevents impact between the parts and the walls of the heating enclosure during quenching.
<I> Criterion b: Uniform heating and quenching. </I>
A bucket with an annular section has the advantage over a bucket with a cylindrical section of being heated from the inside by means of the ascending stream of gas brought to a high temperature. It can in fact be seen that the protective gas blown through the pipe 5 can enter the interior of the cylinder 8 through the holes 16 of the base 10 and exit through the holes 17 of the part 18. In addition, this gas passes also outside the cylinder 9 and escapes upwards through the holes 15 of the retaining ring 14 of the cup 7. This allows uniform heating of the workpieces.
The cup 7, in its closed position, can be brought close to the surface of the quenching bath 4. During the quenching, the distance to be traveled by the parts 26 brought to high temperature before being immersed in the quenching bath. quenching 4 is therefore reduced and their cooling takes place uniformly. The opening of the cup 7 is accompanied by a slight shock (due to the meeting of the retaining ring 14 with the stopper 6 of the tube 1), shock which precipitates all the parts 26 in the quenching bath. 4 at the same speed. The quenching is therefore carried out uniformly for the entire load in the furnace.
<I> Criterion c: </I> Establishment <I> and maintenance of an adequate atmosphere </I> <I> sphere. </I> The design of the heating chamber 1 and of the insufflation of the shielding gas eliminates any risk of air entering the oven.
We can also cite other advantages, in particular - the operation of the furnace does not use rotating parts at high temperature and therefore avoids the dangers of seizing; - a simple translation ensures the loading, the heating, the quenching and the reloading of the parts. These operations can be easily automated; - The cylindrical geometry of the bucket 7 prevents its deformation during its successive passages at high temperature; - the furnace does not include moving parts of great inertia, - the price of the hardening furnace is lower than that of existing furnaces.