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Dispositif pour'la trempe superficielle de pièces métalliques.
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'<<#'*-"#*---'*'*-'-#-------#-#<-#--'*#--#--'-----###--#--# Cette invention concerne la. trempe de pièces d'ouvrage métalliques en les chauffant par électro-induction, puis en
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109 tefroidissant brusquement. On sait que, dans le domaine de cette technique spéciale, deux modes opératoires ont été antérieurement proposés; il$ se distinguent en ce sens que, dans un cas/ il est prévu un mouvement relatif entre le diapo- sitif de chauffage et la pièce à tremper tandis que, dans l'antre cas, le dispositif et la pièce àont immobiles.
On distingue également ces deux modes opératoires par exemple quand il s'agit de la trempe de corps de révolution symêtri- ques comme les pièces cylindriques en tous genres, si l'on doit tremper superficiellement sur de grandes longueurs des pièces cylindriques, on a déjà opéré en déplaçant par rapport à la pièce et dans la direction de non axe la bobine qui l' entoure, le dispositif de refroidissement brusque étant placé en aval de cette bobine. On a aussi parfois imprimé une
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rotation à la pièce. De courtes sections de pièces de ce gen- re ont été également traitées par le procédé fixe.
En pareil cas, la bobine qui entourait la pièce affectait la forme d'un dispositif injecteur de façon que le refroidissement brusque puisse être effectué aussitôt après réchauffement et sans perte de temps par de simples déplacements relatifs. Il était alors particulièrement avantageux, avec cette manière de pro- céder, que la pièce n'eût pas à effectuer de mouvements et cette méthode s'est imposée dans la pratique industrielle malgré quelques lacunes notamment pour la trempe des portées ou coussinets des arbres à manivelle ou vilebrequins.
Les la- cunes en question c'est qu'au voisinage des raccordements de l'inducteur et non loin des points de contact dans l'hypothè- se d'inducteurs tronçonnés, il se manifeste dans la distri- bution du courant quelques perturbations qui ont une répercus- sion fâcheuse sur la physionomie de la trempe. En outre, les sections droites de la bobine doivent être choisies très fortes pour que, la conductibilité étant suffisante en vue de faire face aux puissants courants de chauffage qui sont né- cessaires, l'espace libre servant à l'arrivée du fluide de refroidissement brusque ait des dimensions adéquates. Ceci entraîne à de grandes dépenses de cuivre surtout parce que le refroidissement de la bobine pendant le chauffage s'avère difficile.
Or l'accumulation de grandes masses de cuivre dans un conducteur de chauffage nuit à la concentration du courant. Il faut donc prévoir dans l'installation des rende- ments élevés qui ne peuvent être utilisés économiquement à tous égards.
On a tenté de combler ces lacunes. C'est ainsi qu'on a pensé antérieurement - et ceci n'a fait l'objet d'aucune publication -, à renoncer à la fixité pendant le processus de trempe et de chauffer à l'aide d'une boucle conductrice tan-
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dis que la pièce tournait autour de son axe. Par suite de la rotation, la répartition de température visée était uniforme, et le dispositif employé à cet effet possédait, en outre, un rendement favorable au point de vue électrique et thermique, avec cette réserve toutefois que ses applications industriel- les ne pouvaient dépasser des diamètres déterminés et surtout certaines largeurs des tronçons des pièces à traiter. Ceci est vrai d'ailleurs aussi du procédé fixe auquel il a été fait allusion ci-dessus.
Il restait donc à imaginer un dispositif utilisable pour toutes les dimensions et en particulier toutes les largeurs des seotions des pièces à traiter, et dont l'efficacité fût assez améliorée par rapport à celle des dispositifs antérieu- rement proposés pour que les puissances envisagées dans ltins- tallation puissent être maintenues faibles et la dépense par opération de trempe réduite.
Un moyen pour accroître le rendement consiste, ainsi qu'on l'a proposé antérieurement mais sans le publier, à en- tourer les conducteurs de ohauffage de la bobine à l'aide de oulasses constituées par un feuilletis de tôles et servant à la concentration du champ magnétique. Mais si 1*on opère par le procédé fixe, on éprouve des difficultés au sujet du re- froidissement sans que par ailleurs les inoonvénients inhé- rents au dispositif servant à la mise en oeuvre de ce procédé soient supprimés. En revanche, avec le procédé avec pièce tournante et bouole à conducteur de chauffage on se heurte aux diffioultés que causent des pièces ou seotions de pièces étroites par rapport à leur diamètre.
L'invention résoud le problème posé ci-dessus grâce à un dispositif qui entoure la pièce, celle-ci étant animée d'un mouvement de rotation pendant le chauffage et le refroidisse- ment brusque. Ce dispositif est caractérisé par un certain
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nombre de culasses magnétiques de faible largeur montées sur le pourtour d'un inducteur à un ou plusieurs enroulements et entre lesquelles sont aménagées des chambres d'injection pour l'arrivée du fluide de refroidissement. Autour du conducteur de chauffage est monté rationnellement un anneau en une ou plusieurs pièces (de préférence en matière isolante) pourvu d'évidements radiaux servant de logements aux oulasses magnéti- ques.
Entre ces évidements sont prévus les trous ou fentes d'injection disposés radialement et assurant l'arrivée du fluide de refroidissement.
Un dispositif de ce genre présente cet avantage que le fonctionnement peut être assuré avec des conducteurs ayant des seotions relativement faibles puisqu'ils peuvent être refroi- dis même pendant le chauffage. Les culasses magnétiques aug- mentent beaucoup le rendement par comparaison avec les dispo- sitifs connus pour le chauffage et la trempe de pièces oylin- driques. En outre, les culasses m agnétiques assurent une dis- tribution uniforme de l'effet thermique sur toute la largeur de la section de la pièce à chauffer bien que les conducteurs de chauffage ne recouvrent pas cette largeur totale. Enfin, grâce à la rotation de la pièce, on réalise une distribution uniforme dans le sens périphérique tout en supprimant les perturbations de champ par les connexions.
Il devient donc possible, tout en obtenant un rendement extraordinairement é- levé, aussi bien du point de vue thermique que du point de vue éleotrique, d'assurer un chauffage convenable des pièces et par là même de maintenir faible la puissance de l'installation ainsi que le coût de chaque opération de trempe. Il importe peu à cet égard que l'inducteur établi en une seule pièce ou en plusieurs pièces soit connecté directement à la source de courant ou lui soit'connecté par l'intermédiaire d'un trans- formateur. Le choix de l'un ou l'autre de ces montages éleo-
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triques dépend exclusivement des conditions opératoires dans chaque cas.
Le principe qui est à la base de l'invention est applica- ble non seulement à la trempe de surfaces périphériques cylin- driques mais aussi, par une sorte d'inversion, au chauffage des parois périphériques d'évidements et alésages cylindriques.
On prévoit à cet effet un inducteur avec injecteur annulaire logé oonoentriquement dans un inducteur. On introduit cet inducteur et l'injecteur annulaire dans l'alésage de la pièce ou dans la capacité tout en procédant par ailleurs de la manière sus-décrite.
Dans le dessin schématique annexé qui facilitera la com- préhension et la réalisation industrielle de l'invention :
La fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un exemple de réalisation du dispositif que prévoit l'invention.
La fig. 2 en est une vue en coupe axiale par la ligne bri- sée A-B de lafig. 1.
Il s'agit ici de tremper superficiellement une pièce cy- lindrique 1 sur son pourtour. Il est prévu à cet effet un in- ducteur 2 à double enroulement mais cet inducteur pourrait bien entendu comporter un autre nombre d'enroulements. Les conduc- teurs de chauffage sont creux et peuvent ainsi être refroidis.
Sur ces conducteurs sont montés avec interposition d'un isole- ment! un certain nombre de culasses magnétiques 4 uniformé- ment réparties sur le pourtour. Ces culasses magnétiques sont constituées, dans l'exemple choisi ici, par des paquets de tô- le, mais on peut utiliser également des masses formant noyaux.
Les culasses magnétiques 4 sont supportées par un anneau 5 constitué, de préférence, par un isolant et sont logées dans des évidements 5' de cet anneau. Un autre anneau évidé µ en- veloppe l'anneau 5. L'évidement 6' de cet anneau ainsi que ses raccordements 7 pour l'adduction du fluide de refroidisse-
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ment ont des dimensions relativement grandes de façon que de grandes quantités de ce fluide puissent arriver pendant l'uni- té de temps.
Les espaces 8 séparant les paquets de tôles 1 sont pour- vus de trous ou fentes d'injection c'est à dire qu'ils présen- , tent des fentes ou trous 9 dirigés radialement et par lesquels le fluide de refroidissement provenant de l'anneau évidé! peut venir rencontrer la paroi de la pièce lorsque le chauffa- ge est terminé et que le refroidissement brusque doit commencer
Pour donner la stabilité requise à l'anneau 6, il est ra- tionnel, bien que ceci ne soit pas indispensable dans tous les cas, de lui donner la forme d'un caisson carré comme représen- té en 10 dans la fig. 1. A travers ce caisson 10 sont enga- gées les arrivées de courant 11, 12 isolées l'une de l'autre.
Ces arrivées sont creuses pour pouvoir servir à l'adduotion du fluide de refroidissement à l'inducteur.
Le dispositif représenté dans le dessin a une structure monobloc c'est à dire non ouvrable. On ne peut donc traiter dans ce dispositif qu'une pièce dépourvue de parties saillan- tes telles que oollets, brides, joues de manivelle, etc. Si, au contraire, on veut traiter des pièces oomportant de pareil- les saillies, il faut que l'anneau ainsi que l'inducteur soient tronçonnés à un ou plusieurs endroits, ce qui ne pré- sente pas de difficultés au point de vue construotif.
Les perturbations du champ qui sont provoquées par ce tronçonnage, surtout celui qui intéresse l'inducteur n'ont pas de répercussion fâcheuse sur la physionomie de la trempe grâce à la disposition adoptée.
Dans l'application du principe de base de l'invention au traitement d'alésages ou de capacités de forme cylindrique, l'anneau! est amené en bloc dansl'espace interne'de l'in- ducteur. Le feuillatis de tôles 4 est en pareil cas disposé
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radialement de l'intérieur vers l'extérieur. Les arrivées de courant 11 et 12 sont amenées axialement dans le bloc et re- joignent l'inducteur. L'ensemble du dispositif est engagé dans l'alésage ou l'évidement de la pièce en vue de la trempe.
.Le nombre des paquets de tôles n'est pas limité à celui qui est représenté dans le dessin. Il peut en être prévu un nombre plus ou moins grand suivant les conditions qui se pré- sentent. Les dimensions de l'anneau 2 et de sa capacité 6' ainsi que celles des orifices 9 vers la pièce varieront égale- ment suivant les conditions opératoires dans chaque cas c'est à dire en fonotion des dimensions de la pièce et de la quanti- té de chaleur qui doit être dissipée pendant l'unité de temps pour réaliser le refroidissement brusque requis et par là même la trempe.