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Dispositif pour le chauffage électro-inductif de pièces d'ou- ------------------------------------------------------------- vrage.
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Dans le chauffage de pièces d'ouvrage par induction élec- trique, que ce soit pour les porter à des températures déter- minées seulement superficiellement ou de part en part, si l'on examine cette question à grands traits, il existe deux procé- dés possibles et déjà concurremment utilisés. -En effet, le dispositif de chauffage et la pièce d'ouvrage peuvent rester immobiles pendant le chauffage ou bien ils peuvent exécuter un mouvement relatif l'un par rapport à l'autre. Quant au procédé dans lequel un mouvement relatif a lieu entre la piè- oe d'ouvrage et le dispositif de chauffage, il a été adopté lorsqu'il s'agissait de traiter des pièces d'ouvrage ayant des dimensions plus grandes que la surface pouvant être re- couverte par l'inducteur.
Le procédé dans lequel le chauffa- ge part de la surface est un procédé à progression continue, ctest à dire que la vitesse de déplacement du dispositif de chauffage de la surface de la pièce d'ouvrage est réglé de façon que chaque fois qu'il quitte une section déterminée de la pièce d'ouvrage, cette section est portée à la températu-
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re désirée et, si le chauffage a pour but une trempe superfi- cielle, le saisissement s'effectue immédiatement.
Dans le cas du chauffage de corps cylindriques ou de corps de rotation de forme analogue, comme par exemple des corps à section elliptique ou analogue, le chauffage progres- sif en continu n'a été utilisé que lorsqu'il s'agissait de traiter la surface totale d'une pièce d'ouvrage ou section de pièce d'ouvrage de grande longueur axiale. L'inducteur entoure alors le corps et le mouvement relatif entre la piè- ce d'ouvrage et le dispositif de chauffage s'effectue en di- rection axiale. Hais en général, des corps de rotation cy- lindriques ou analogues n'ont pas été traités en fonctionne- ment continu, parce qu'il importe dans ces pièces, tels par exemple que manetons de vilebrequins ou organes analogues, de traiter des sections de longueur axiale relativement faible.
La pièce d'ouvrage et l'inducteur sont immobiles pendant le traitement et l'inducteur renferme annulairement la totalité de la périphérie de l'endroit à ttaiter, et il présente une largeur correspondant à la longueur axiale de la partie à traiter.
De bons résultats ont été obtenus avec des dispositifs de ce type pour l'application indiquée et, en particulier en ce qui concerne le traitement des manetons de vilebrequins ou autres arbres, on a tenu pour un avantage du métier qu'une rotation de la pièce d'ouvrage ne soit pas nécessaire. Ces dispositifs supprimaient aussi les difficultés pouvant se produire lorsque des pièces d'ouvrage comportant des parties cylindriques, mais disposées exoentriquement par rapport à l'axe principal, comme par exemple les paliers d'un vilebre- quin, devaient être serrées de façon qu'il ne se produise qu'une rotation axiale par rapport à un point fixe, comme cela est par exemple le cas dans le chauffage à la flamme
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de manetons de paliers de vilebrequins.
Le procédé consistant à ohauffer des corps cylindriques ou corps de rotation analogues à l'état immobile par induo- tion électrique à l'aide d'un inducteur renfermant la pièce d'ouvrage s'est en conséquence introduit dans la pratique sur la plus grande échelle. Mais ce procédé comporte des inoon- vénients, tant électriques que métallurgiques. Les inoonvé- nients électriques résident par exemple en ce que les indua- teurs à utiliser doivent en général être établis relevables pour pouvoir placer la pièce d'ouvrage dans le dispositif de chauffage. Les endroits de oontaot s'usent et donnent lieu à des perturbations, qui peuvent aussi avoir pour ef- fet un chauffage irrégulier. Il faut avoir en réserve un inducteur séparé pour chaque dimension de pièce d'ouvrage.
En particulier, avec de grands diamètres des pièces d'ouvra- ge, il faut utiliser des inducteurs de fortes dimensions pour lesquels une grande puissanoe est nécessaire. Or, ou bien l'on ne dispose pas de cette dernière, ou l'on n'en dispose qu'avec de grandes difficultés. Lorsque le but de chauffage est la production d'une couohe de trempe superficielle, il se produit souvent des difficultés au fait que les filets de courant se compriment à proximité du milieu de la largeur de l'inducteur et provoquent en conséquence une grande pro- fondeur de chauffage en cet endroit de la pièce d'ouvrage et par suite uns grande trempe, tandis que la profondeur de péné- tration du chauffage laisse à désirer à proximité des bords.
En outre, lorsque des gorges ou cavités se raccordent à l'en- droit à traiter, on ne parvient souvent qu'en utilisant des moyens supplémentaires à foroer les courants à passer égale- ment dans oes gorges oreuses et à y produire un effet de ohauffage. Ce phénomène est la conséquence de ce que les courants induits se ferment dans le sens de la périphérie.
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C'est aussi ce trajet du courant qu'il y a lieu de rendre res- ponsable du fait qu'il se produit des surchauffes et par suite des brûlures de la matière, par exemple sur les bords de trous à huile s'étendant obliquement. En outre, certaines difficul- tés se produisent du fait que (par exemple dans des vilebre- quins) des accumulations excentrées de matière, affectant la forme de flasques de manivelles, plateaux excentriques ou or- ganes similaires, se raccordent aux endroits à traiter. Ces parties excentrées dérangent le trajet des courants induits, de sorte qu'il se produit des inégalités dans le chauffage.
Pour exclure ces inégalités, on a déjà proposé de poser des pièces de compensation sur les flasques ou bras; ceci implique une manipulation plus compliquée sans qu'il soit possible de supprimer efficacement les difficultés à cet égard.
Il fallait aussi prendre son parti de certaines incommodi- tés, notamment du fait que l'inducteur renfermant la pièce ne permettait pas une observation de la valeur de température ob- tenue. Des perturbations se produisant dans l'installation électrique qui ont pour conséquence un chauffage défectueux ne sont en conséquence reconnues que lorsque la pièce d'ouvra- ge terminée est soumise à la vérification.
On a constaté que ces difficultés sont évitées lors du chauffage de corps cylindriques ou corps de rotation analogues quand on part d'un procédé fixe utilisant un inducteur renfer- mant la pièce d'ouvrage et lorsqu'on utilise à la place de ce dernier un inducteur ne couvrant, vu dans le sens périphéri- que, au maximum que la moitié de la surface enveloppante, fai- sant tourner la pièce d'ouvrage plusieurs fois autour de son axe pendant le chauffage sous l'action du champ magnétique à haute fréquence. En conséquence, selon l'invention, on propo- se une boucle de conducteur pressée mécaniquement et de façon flexible à la distance d'accouplement sur la surface de la pièce d'ouvrage.
La boucle de conducteur présente dans le
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sens axial de la pièce d'ouvrage la largeur de l'endroit à traiter et dans le sens périphérique elle couvre au maximum la moitié de la surface enveloppante. La pièce d'ouvrage tour- ne plusieurs fois autour de son axe pendant le chauffage et cela jusqu'à ce que la température désirée soit atteinte.
Grâce aux dessins annexés représentant des exemples de réalisation conformes à l'invention, l'invention va être expli- quée de façon plus précise, ses détails complétés et les avan- tages que l'on peut obtenir avec un dispositif de ce genre par rapport aux mesurés connues en ressortiront mieux.
Les fig. 1 et 2 représentent une forme de réalisation de l'invention, la fig. 2 étant une coupe verticale du dispo- sitif de chauffage et en même temps de la pièce d'ouvrage.
Dans cet exemple, la pièce d'ouvrage est le maneton d'un vile- brequin auquel se raooordent des joues excentriques. La fig.
1 représente une coupe suivant la ligne A-B (fig. 2) vue dans le sens des flèches. Le maneton 1, qui est limité latérale- ment par les flasques asymétriques 2, doit être chauffé su- perficielleme nt sur toute sa longueur et trempé par saisisse- ment. On a prévu à cet effet une boucle de conducteur 3 obtenue en cintrant du tube de cuivre plat. Le courant est amené par les conducteurs 4, isolés l'un par rapport à l'au- tre en 5. Les conducteurs d'amenée de courant servent en même temps à l'amenée du fluide de refroidissement, qui est évaoué en 4a.
La boucle de conàuoteur 3 est placée dans une boite 6 en matière isolante résistant 'au liquide et est supportée par cette boite. Cette dernière comporte un conduit d'ame- nêe 9 pour le liquide de trempe qui peut sortir par la partie perforée en tamis 7 à l'intérieur de la boucle 3 sur la sur- face de la pièce d'ouvrage. La boite 6¯ est munie d'organes de maintien d'écartement 8 qui assurent que la distance d'ac- oouplement reste maintenue entre la boucle de conducteur et
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la surface de la pièce d'ouvrage. Ces organes affectent ici, à titre d'exemple, la forme de galets; mais ils peuvent aussi affecter la forme de billes, barres de glissement et autres éléments analogues.
Le dispositif de chauffage est poussé avec les organes de maintien d'écartement contre la surface de la pièce d'ouvrage et cela par l'intermédiaire de ressorts non représentés pour plus de simplicité ou par voie hydrauli- que, comme cela est prévu en liaison aveo la fig. 3 qui sera décrite plus loin.
Le dispositif fonctionne de la façon suivante : En même temps que la mise en circuit du courant excitateur pour la boucle de conducteur 3, le maneton 1 est mis en rotation et il tourne jusqu'à ce que la valeur de température désirée soit atteinte. Etant donné que la majeure partie du maneton reste libre, on peut observer quand la température désirée est at- teinte. mais la température atteinte peut aussi être cons- tatée automatiquement à l'aide d'un pyromètre optique et ceci peut être utilisé pour la manoeuvre automatique du dispositif.
Lorsque la température est atteinte, le fluide de saisisse- ment est introduit par le conduit d'amenée 9 et la partie en tamis '7 en coupant en pratique simultanément le courant élec- trique, la rotation du maneton étant continuée. Suivant la vitesse de rotation de la pièce d'ouvrage, il est rationnel, dans de nombreux cas, de ne couper le courant électrique qu'après que le fluide de projection sort déjà, afin d'assu- rer un saisissement à partir de la même température dans toutes les parties de la surface.
Avec une boucle de conducteur de ce genre et en s'écar- tant par principe de cette façon du procédé fixe et du procé- dé du chauffage et du saisissement continuels, on obtient des avantages considérables résidant tout d'abord en ce qu'on obtient le résultat recherché avec des énergies beaucoup plus faibles, parce que les courants induits ne sont pas for-
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ces comme jusqu'à présent de passer dans la surface totale, mais peuvent ne passer que dans des seotions partielles. Ceci implique bien il est vrai une prolongation de la durée du traitement, mais elle ne s'élève qu'à quelques fractions de minutes et ne compte donc pas.
Des avantages sont obtenus du fait que l'on peut observer la surface et par suite la tempé- rature atteinte et que l'ouvrier peut intervenir immédiate- ment lorsqu'il se produit des irrégularités dans l'amenée de l'énergie électrique qui pourraient avoir pour résultat un chauffage défectueux. Les irrégularités qui sont produites par les pièces de raccordement asymétriques 2 dans les procê- dés connus s'égalisent d'elles-mêmes, car une absorption de puissance différente en sens inverse de la boucle de conduc- teur de chauffage s'oppose à la nature différente de l'évacua- tion de chaleur dans l'étendue de grandes mesures de limita- tion.
Avec le procédé fixe, c'était toujours un problème dif- ficiele d'obtenir un chauffage allant jusque dans les gorges, oreusures ou autres cavités qui est souvent demandé pour des raisons constructives. Ce problème peut être résolu de la manière la plus simple avec un dispositif oonforme à l'inven- tion du fait que les parties latérales 3a de la boucle de conducteur sont relevées contre les surfaces de limitation (flasques 2), oomme indiqué dans les fig. 1 et 2. De même, la profondeur de pénétration des courants et par là la pro- fondeur de pénétration de l'action de chauffage et de la trempe peuvent être influencées de la manière la plus simple avec une bouole de conducteur conforme à l'invention.
Alors que jusqu'à présent, il fallait faire varier l'accouplement entre la surface de la pièce d'ouvrage et le dispositif de chauffage, ce qui influençait défavorablement le facteur de puissance, conformément à l'invention on a la possibilité
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d'influencer la distribution de température et de façon cor- respondante la couche de trempe par un accord du rapport de la longueur de la boucle dans le sens périphérique, donc de la longueur de la partie 3a, avec la largeur de la boucle, donc avec la longueur de la partie 3. Un chauffage énergique est produit au milieu du maneton ou aux extrémités du maneton dans chaque cas selon la façon dont ce rapport est choisi.
Ces effets de cnauffage peuvent être facilités par un choix appro- prié de la largeur propre des parties 3 et 3a, pouvant être choisies différentes entre elles. En outre, l'action exercée sur le cours du chauffage et par là sur la profondeur de trem- pe dans le sens axial peut être assurée par une constitution dissemblable de l'intervalle libre ménagé entre des parties de conducteur de chauffage disposées en direction axiale et parcourues par des courants de sens contraires (fig. 1, 3).
La réalisation de profondeurs de pénétration différentes du chauffage peut être assurée en utilisant un dispositif conforme à l'invention de la manière la plus simple sans cou- rir le danger du sur chauffage sur la surface en faisant va- rier les tempsde rotation. On peut par conséquent travail- ler sans danger en utilisant le flux thermique dans une large mesure même avec une très haute fréquence de l'installation génératrice de courant et avec le rendement électrique élevé qui y est lié. Des surohauffages et par suite des surtrem- pages sont donc exclus aux endroits de perçages, évidements et autres cavités en raison de la position des courants in- duits dans la couche superficielle.
On obtient de façon purement mécanique l'avantage de pouvoir utiliser la même bouole de conducteur pour toute une série de corps de rotation dont le diamètre ne présente pas de trop grandes différences, parce que les divergences dans la courbure de la surface et dans la courbure de la boucle
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de conducteur, et par suite la production d'une fente d'ac- oouplement inégale, n'ont pas grande importance. Dans le dis- positif de chauffage même, les points de contact sont suppri- més, avec les difficultés de nature méoanique et électrique qui en découlent et la mise en fonctionnement est extraordi- nairement simple.
En outre, contrairement aux dispositifs an- térieurs, il n'est pas nécessaire de travailler sur des flas- ques, oollets et parties analogues, autant qu'elles sont asymé- triques, avec des pièces compensatrices qui présentent une absorption de courant considérable et qui donnent lieu de leur côté à des difficultés de contact (encrassement sur les surfaces de contact entre les flasques et les pièces compen- satrices, etc..).
Certains inconvénients que l'on pourrait voir dans le fait que la pièce d'ouvrage doit tourner axialement et doit cet effet être particulièrement serrée sont compensés de loin par les avantages obtenus. Des flexions de la pièce d'ouvrage sont compensées automatiquement par le pressage flexible du dispositif de chauffage contre la surface. Dans le traitement par exemple de paliers excentriques dans des vilebrequins, il n'est pas encore nécessaire de serrer le vilebrequin exàentriquement, car le dispositif de chauffage peut être forcé de participer au mouvement d'un palier de ' ce genre. A cet effet, les organes de maintien d'écartement sont déoalés de 1200 sur la périphérie, de sorte que le dis- positif de chauffage est en quelque sorte suspendu au maneton.
Surtout dans le dernier cas cité, il est rationnel de prévoir des conducteurs d'amenée de courant électrique parti- ouliérement flexibles.
Un dispositif conforme à l'invention tenant compte de cette condition est représenté dans la fig. 3. Le dispositif est constitué par une boucle de conducteur 10, qui pourrait
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aussi être disposée dans une botte, comme proposé selon les fig. 1 et 2. Les conducteurs d'amenée de la boucle de conduc- teur 10 mènent à des pièces de raccordement 11, qui sont iso- lées l'une par rapport à l'autre en 12. Le courant électrique est amené à ces pièces de raccordement par des rubans coudés mobiles 13, qui sont isolés l'un par rapport à l'autre en 14.
Ces rubans se terminent aux pièces fixes d'amenée de courant proprement dites 15, qui sont isolées l'une par rapport à l'autre en 16. L'espace ménagé entre les pièces 11 mobiles avec la boucle de conducteur de chauffage et les pièces fixes 15 est renfermé par un soufflet 17, qui est rationnellement en matière artificielle soudable, telle que celle connue par exemple sous le nom de "mipolam".
Le fluide servant au refroidissement de la boucle de con- ducteur de chauffage est amené en 18 et il entre, après avoir traversé la boucle de conducteur de chauffage, dans le souf- flet, par quoi l'on obtient un refroidissement supplémentaire des amenées de courant 13. Le liquide de refroidissement sort ensuite par les tubulures 19, qui sont prévues dans les pièces de raccordement fixes 15.
De oette façon, une mobilité suffisante du dispositif de chauffage par rapport aux raccordements est assurée et il est en outre possible d'utiliser le fluide de refroidissement qui passe pour la boucle de conducteur de chauffage en outre pour la production de la pression de pressage nécessaire.
En effet, lorsque les tubulures de sortie 19 comportent des sections rétrécies par rapport aux autres sections de passa- ge du courant ou encore plus rationnellement lorsqu'elles sont munies de soupapes d'étranglement réglables,, il est possible d'obtenir dans le soufflet une pression réactive mécanique sur les pièces 11 et la boucle de conducteur de chauffage (lui y est fixée dans la direction de la pièce d'ou- vrage.
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Un avantage particulier d'un dispositif selon l'inven- tion est que la longueur axiale de la pièce ou section de piè- ce d'ouvrage à traiter ne joue pas un rôle important, car en général, la dimension de la boucle de conducteur de chauffage peut être adaptée à des longueurs axiales quelconques de la pièce d'ouvrage ou de la section de pièce d'ouvrage à traiter sans difficultés de nature électrique. Mais on peut imaginer des cas dans lesquels il semble rationnel de ne pas dépasser une longueur déterminée de la boucle de conducteur de chauffa- ge dans le sens axial de la pièce d'ouvrage. Dans un cas de ce genre, il est recommandable de guider le dispositif de chauffage sur une broche directrice permettant un mouvement de la boucle de conducteur de chauffage dans le sens axial de la pièce d'ouvrage.
Le mode de travail avec un dispositif de ce genre serait tel que la pièce d'ouvrage serait mise en rotation autour de son axe pendant la chauffage et que le dis- positif de chauffage exécuterait en même temps un mouvement d'avancement dans le sens axial. Autant que le but de trai- tement est une trempe de la surface, le saisissement doit se faire immédiatement derrière le dispositif de chauffage, le dispositif de saisissement participant de façon connue en soi à l'avancement du dispositif de ohauffage. On peut aussi procéder de telle manière que le dispositif de chauffage soit constamment avancé et reculé par rapport à la pièce d'ou- vrage dans le sens de l'axe de cette dernière et pendant que cette pièce tourne.
Ce double mouvement relatif du dispositif de chauffage et de la pièce d'ouvrage l'un par rapport à l'autre est maintenu jusqu'à ce que la pièce d'ouvrage ait pris dans son ensemble la température désirée, après quoi, lorsqu'une trempe doit se faire, le saisissement est effectué, le mouvement de la pièce d'ouvrage et du dispositif de sai- sissement l'un par rapport à l'autre étant rationnellement maintenu de façon appropriée.
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Des dispositifs conformes à l'invention peuvent être uti- lisés aussi bien pour le traitement de corps cylindriques que pour le traitement de corps présentant une section circulaire ou par exemple une section elliptique ou analogue. L'utilisa- tion de boucles de conducteur de chauffage conformes à l'inven- tion offre des avantages particuliers, outre dans le traitement déjà mentionné de vilebrequins, notamment pour des cylindres, galets, tiges (en particulier des tiges de pistons) et aux pièces analogues. Elles peuvent en outre être utilisées dans la fabrication de paliers glissants sans ou avec bagues d'appui.
Des avantages particuliers sont obtenus dans ce dernier cas parce que le métal à palier n'est pas oonstamment soumis à l'aotion du champ à haute fréquence pendant le chauffage et pendant le durcissement et qu'ainsi il ne se produit pas une aimantation uniforme constante de l'ensemble de la pièce d'ou- vrage. Il est aussi avantageux dans le traitement de pièces d'ouvrage en acier que la partie de la pièce d'ouvrage ne se trouve pas constamment sous l'action du champ magnétique, mais que les lignes de force s'étendent constamment en diverses di- rections dans d'autres parties de la surface. Les tensions se produisant par l'aimantation uniforme constante sont évitées en tout cas lorsqu'on utilise le dispositif conforme à l'inven- tion.