EP4185723A1 - Dispositif modulaire pour positionner des pièces métalliques lors d'opérations de traitement thermique - Google Patents

Dispositif modulaire pour positionner des pièces métalliques lors d'opérations de traitement thermique

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Publication number
EP4185723A1
EP4185723A1 EP20742293.2A EP20742293A EP4185723A1 EP 4185723 A1 EP4185723 A1 EP 4185723A1 EP 20742293 A EP20742293 A EP 20742293A EP 4185723 A1 EP4185723 A1 EP 4185723A1
Authority
EP
European Patent Office
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load transfer
parts
transfer elements
studs
tools
Prior art date
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Pending
Application number
EP20742293.2A
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German (de)
English (en)
Inventor
Vincent DELAIRE
Laurent GARDIEN
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Bodycote SAS
Original Assignee
Bodycote SAS
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0006—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces
    • C21D9/0025—Supports; Baskets; Containers; Covers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • F27D5/0006—Composite supporting structures
    • F27D5/0018—Separating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • F27D5/005—Supports specially adapted for holding elongated articles in an upright position, e.g. sparking plugs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • F27D2005/0081—Details

Definitions

  • the present invention relates to the field of the heat treatment of parts. More particularly, the present invention relates to the field of tools used to arrange the parts throughout the treatment.
  • - treatment parameters to be applied temperature, time, atmosphere, cooling media, pressure, etc.
  • the tools can be of many types, for example:
  • the tools can be in various materials.
  • the main materials used are “refractory” steels, which are highly alloyed and have improved creep resistance. More rarely, CFCs (acronym of “Carbon Fiber Composit”, a composite of carbon fibers bonded in a carbon matrix), graphite or ceramics, in particular.
  • steel tools are very widespread, they have many disadvantages. They are heavy and they have high conductivity and specific heat. This limits performance during the cooling phases because there is a large amount of heat to be evacuated. For the same reasons, they have a great inertia during the heating phases, which increases the treatment times, and therefore the energy consumption. In addition, due to high temperature creep, steel tooling is rapidly deformed, which often leads to non-conformities on the processed parts and frequent replacement of this equipment, which is a source of significant costs.
  • the aim of the invention is to provide a tool which integrates all the data and constraints previously explained and which, in addition:
  • - can be adaptable and / or reusable.
  • the invention proposes a modular tooling system for the heat treatment of parts which comprises several elementary components that can be assembled together, each component being in a material suitable for its function and the system comprising at least two components, each in different material. It can include vertical load transfer elements and horizontal load transfer elements.
  • the vertical charge transfer elements are advantageously made of graphite.
  • the horizontal charge transfer elements are advantageously made of a composite material, preferably having a carbon or ceramic matrix.
  • the vertical load transfer elements are studs and the horizontal load transfer elements are beams intended to be assembled with the studs so as to form a frame.
  • the vertical charge transfer elements are columns and the horizontal charge transfer element is a plate intended to rest on the columns, this plate preferably being of a ceramic composite and agglomerated fibers.
  • the system may include, among the elements, at least one quartz element.
  • the system can include means for positioning a first element relative to a second element among several possible positions. It can also include means for assembling and disassembling elements together
  • FIG. 1 is a perspective view of a tooling system for the heat treatment of parts
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a first part of the system of FIG. 1; and, [Fig. 3] is an exploded perspective view of a second part of the system of FIG. 1.
  • Figure 1 illustrates a tooling system 1 according to the invention for the heat treatment of parts.
  • System 1 uses several modular tools 6,7,8 which are provided to allow the parts to be held in an oven during their heat treatment.
  • the tools 6,7,8 are mounted on a base 9 of a type suitable for fixing the tools thereon and being used in a heat treatment furnace working continuously, called a “load” furnace, or semi-continuous, called a “pushing” furnace, for example a cementation furnace.
  • a first tool 6 is shown in Figure 1, with other tools 7, 8, mounted on the base 9. It is shown in isolation and partially exploded, in Figure 2. It has the shape of a horizontal plate, substantially rectangular. He understands :
  • the four pads 11 are identical to one another. They are connected to base 9 using adapters 10.
  • the beams 12 form two pairs of identical beams to each other; a pair of short beams and a pair of long beams.
  • Each end 16 of each beam 12 is fixed to a respective stud 11, so that the studs 11 and the beams 12 together form a frame 20 which, seen from above, has a substantially rectangular shape.
  • the interfaces are of the positioner type. These positioners 13 form two pairs of positioners identical to each other; a pair of short positioners and a pair of long positioners.
  • each positioner 13 has the shape of a bar of rectangular section. It is laid on a respective beam 12, a short positioner on a short beam and a long positioner on a long beam. Each of the ends 17 of the positioner engages with the same stud 11 as the corresponding end of the beam. It comprises a crenellated upper edge 18 in which notches 19 are formed.
  • Each primary cross member 14 rests on two of the positioners 13 of the same pair, arranged opposite each other, so that the primary cross members are parallel to each other.
  • Each end 21 of a primary crossmember rests within a notch 19 of a respective one of the two facing each other.
  • the primary sleepers are long sleepers, which rest on a pair of short positioners.
  • the primary sleepers have a crenellated upper edge 22 in which notches 23 are formed.
  • Each secondary cross member 15 rests on two of the primary cross members 14 of the same pair, arranged vis-à-vis one another, so that the secondary cross members are parallel to each other.
  • Each end 24 of a cross member secondary 15 rests inside a notch 23 of a respective primary cross member among the two vis-à-vis.
  • the secondary ties are short ties.
  • the secondary cross members 15 have a smooth upper edge 25 and a crenellated lower edge 26 in which notches 27 are formed.
  • the notches 27 of the secondary ties and the notches 23 of the primary ties are designed to interlock with each other so that when the secondary ties rest on the primary ties, the top edges 22, 25 of the primary and secondary ties are coplanar.
  • the primary and secondary cross members 14, 15 together form a grating 30 which is carried by the frame 20.
  • the notches 19 of the positioners 13 and the ends of the sleepers 14, 15 are designed to interlock with each other so that when the ends of the sleepers rest on the positioners, as illustrated in Figure 1, the upper edges 22, 25 of the cross members are coplanar with the upper edges 18 of the positioners 13.
  • the ends of the beams and sleepers have a shoulder shape which allows them to have sufficient height while still allowing the top edges 18, 22 and 25 to be kept coplanar.
  • Each stud is of substantially parallelepipedal shape; in the illustrated example of the first tool 6, the studs are substantially cubic, that is to say, it has six substantially square faces 41-43. He understands :
  • Each stud 11 comprises two vertical grooves 47, each on a respective inner face 42. Each groove is open in its respective face and open in the upper face 41. This makes it possible to introduce the respective ends of the beam and of the positioner.
  • Each stud 11 further comprises two lateral slots 49, each opening on the one hand into an outer face 43 and on the other hand into a respective groove 47.
  • Each slot is provided to introduce a key therein, not shown, in order to keep the studs integral with the beams and, possibly, with the positioners.
  • the positioners are not fixed to the frame 20 formed by the studs and the beams, so that they can be placed or removed easily, for example to use another type of interface or in the event of too much wear.
  • the level of the upper face 41 is higher than the level of the upper edge 18 of the positioner, so that two studs can be superimposed.
  • the upper edge 18 of the positioner is flush with the upper face 41.
  • the materials chosen for each of the elementary components 11-15 of the tool 6 are chosen according to the stresses to which they must undergo, both because of the maintenance and the weight of the parts to be treated and the heat treatment undergone.
  • the studs 11 are made of isostatic graphite
  • the beams 12 are made of CFC or composite with ceramic matrix and fiber; and, - the interfaces 13 are made of CFC or metal.
  • Figure 3 is a partially exploded view of the second tool 7.
  • the positioner is formed in one piece with the beam 12.
  • the sleepers have a "U" shape. Their ends include a vertical post which rises above their upper edge 22.25. Thus, in the position of use of FIG. 1, the upper edges 18 of the beams 12 are above the upper edges 22,25, coplanar, of the cross members 14, 15.
  • the second tool is in the form of a basket.
  • the studs 11 have a height greater than those of the studs 11 of the first tool, so that it makes it possible to absorb the depth of the basket, without hindering the parts which are intended to be placed on the first tool.
  • One or more frames 20 can then be interposed and stacked between two tools, in order to raise one of the tools relative to the other.
  • the third tool 8 will now be described with reference to FIG. 1.
  • the third tool is used for the treatment of cylindrical parts 2, arranged vertically in order to limit their deformations during the heat treatment that they must undergo.
  • the third tool 8 comprises a first part 52 consisting of a plate of a type similar to that of the first tool 6, on which rests the base of the parts 2. It also comprises a second part 53, intended to hold the upper part of the parts. parts 2.
  • the second part 53 includes:
  • Each of the columns 56 is engaged with a pin 46 of a respective stud 11 and which extends vertically upwards from the upper face 41 of this stud.
  • a core 57 is fitted in each of the columns 56 and extends above the pin 46 inside the column. The dimensions of the core are such that protrudes from the upper end 60 of the column and can be used to fit an additional column therein.
  • the plate is substantially rectangular. It comprises, at each angle, a hole 61 provided to fit a core therein. In this way the plate is held horizontally by the cores 57 which pass through the holes 61; it is also held vertically by the columns on the ends 60 of which it rests.
  • the plate is regularly pierced with circular passages 62. Each part 2 passes through a respective passage 62, which thus maintains the head of the part.
  • a second plate of the same type can be provided, preferably between the first part 52 and the first plate 58, so as to ensure that the parts will remain effectively vertical.
  • the columns are made of graphite and the plate is made of CFCs or ceramic fibers in a ceramic matrix.
  • the dimensions of the various components may vary, in particular as a function of the dimensions of the parts to be treated or of the constitution of the load, for example the number of superimposed levels.
  • the pads may include more than two grooves or more than two slots.
  • quartz to make rods, intended to suspend parts therein, or to thread annular parts therein.
  • the interfaces can also be quartz.
  • a modular tooling system according to the invention has improved durability, thus allowing an increase in the number of parts produced under satisfactory conditions, hence a reduction in the cost of tooling per part produced.
  • a modular tooling system according to the invention based on "standardized" elementary components, allows multiple combinations to be made, depending on the type of parts to be processed and the technical requirements to be met. It makes it possible, on the basis of “elementary” components, to produce sub-assemblies adapted to each case.
  • the use of a modular system according to the invention allows a weight saving which can reach 90% and a running cost which can be reduced by 50%.

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Abstract

L'invention porte sur un système d'outillage (7) pour y disposer des pièces destinées à subir un traitement thermique, comprenant plusieurs composants élémentaires (11-15) assemblables entre eux, chaque composant étant dans un matériau adapté à sa fonction, notamment des plots (11) en graphite et des (poutres 12) en matériau composite.

Description

Dispositif modulaire pour positionner des pièces métalliques lors d’opérations de traitement thermique. La présente invention se rapporte au domaine du traitement thermique de pièces . Plus particulièrement, la présente invention se rapporte au domaine des outillages utilisés pour agencer les pièces tout au long du traitement.
Les opérations de traitement thermique font appel à de nombreux outillages ou montages destinés à positionner les pièces à traiter et à les maintenir durant les différentes étapes. Afin de limiter les déformations géométriques des pièces, à haute température, la conception de ces outillages doit tenir compte :
- des spécificités des pièces à traiter (forme, masse, matière) ;
- des paramètres de traitement à appliquer (température, temps, atmosphère, media de refroidissement, pression...) ;
- du positionnement des pièces (posées, suspendues...) ;
- de divers critères d’optimisation :
- Taux de remplissage c’est-à-dire la quantité de pièces, le volume et le poids de la charge ;
- Conditions de traitement telles que la circulation des gaz ou de l’huile durant la « trempe » et l’homogénéité d’enrichissement lors de traitements thermochimiques .
Les outillages peuvent être de nombreux types, par exemple :
- plaques ajourées ;
- paniers ; ou,
- supports suspendus.
Les outillages peuvent être en divers matériaux. Les matériaux principalement utilisés sont les aciers « réfractaires », fortement alliés et présentant des résistances au fluage améliorées. Plus rarement, on utilise des CFC (acronyme de « Carbon Fiber Composit », composite à fibres de carbone liées dans une matrice carbone), du graphite ou des céramiques, notamment.
Si les outillages en acier sont très répandus, ils présentent de nombreux désavantages. Ils sont lourds et ils ont une conductivité et une chaleur massique importantes. Cela limite les performances lors des phases de refroidissement car il y a une importante quantité de chaleur à évacuer. Pour les mêmes raisons, ils ont une grande inertie lors des phases de chauffe, ce qui augmente les durées de traitement, donc les consommations énergétiques. En outre, en raison du fluage à haute température, les outillages en acier sont rapidement déformés, ce qui entraîne souvent des non-conformités sur les pièces traitées et le remplacement fréquent de ces équipements, ce qui est une source de coûts importants.
La réalisation des mêmes outillages dans d’autres matériaux tels que les CFC, le graphite ou les céramiques est particulièrement coûteuse. Elle est notamment peu adaptée à de petites séries, pour lesquelles un outillage spécifique ne peut être amorti.
Le but de l’invention, est de proposer un outillage qui intègre l’ensemble des données et contraintes précédemment exposées et qui, en outre :
- présente une durabilité améliorée, c’est-à-dire une augmentation de sa « durée de vie », donc du nombre de pièces produites dans des conditions satisfaisantes avec un même outillage ;
- permet une réduction du coût d’outillage, ramené à la pièce produite ;
- peut être adaptable et/ou réutilisable.
Pour résoudre ce problème l'invention propose un système d’outillage modulaire pour le traitement thermique de pièces qui comprend plusieurs composants élémentaires assemblables entre eux, chaque composant étant dans un matériau adapté à sa fonction et le système comprenant au moins deux composants, chacun dans un matériau différent. Il peut comprendre des éléments de transfert vertical de charges et des éléments de transfert horizontal de charges. Les éléments de transfert vertical de charge sont avantageusement en graphite. Les éléments de transfert horizontal de charge sont avantageusement en un matériau composite, de préférence ayant une matrice carbone ou céramique.
De préférence, les éléments de transfert vertical des charges sont des plots et les éléments de transfert horizontal des charges sont des poutres destinées à être assemblées avec les plots de façon à former un châssis.
De préférence, les éléments de transfert vertical des charges sont des colonnes et l’élément de transfert horizontal des charges est une plaque destinée à reposer sur les colonnes, cette plaque étant de préférence en un composite céramique et fibres agglomérées.
Le système peut comprendre, parmi les éléments, au moins un élément en quartz.
Le système peut comprendre des moyens pour positionner un premier élément relativement à un deuxième élément parmi plusieurs positions possibles. Il peut aussi comprendre des moyens pour assembler et désassembler des éléments entre eux
Plusieurs modes d’exécution de l’invention seront décrits ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
[Fig. 1 ] est une vue en perspective d’un système d’ outillages pour le traitement thermique de pièces ;
[Fig. 2] est une vue éclatée et en perspective d’une première partie du système de la figure 1 ; et, [Fig. 3] est une vue éclatée et en perspective d’une deuxième partie du système de la figure 1.
Les termes dessus, dessous, horizontal, vertical, supérieur, inférieur, notamment, doivent être compris dans la position d’usage de la figure 1, ils ne sont pas limitatifs.
La figure 1 illustre un système 1 d’outillage selon l’invention pour le traitement thermique de pièces. A la figure 1, seules des pièces 2 en forme de barres cylindriques 2 sont représentées. Selon les outillages utilisés, d’autres types de pièces peuvent être traitées avec le système. Le système 1 utilise plusieurs outillages modulaires 6,7,8 qui sont prévus pour permettre le maintien des pièces dans un four durant leur traitement thermique. Dans l’exemple illustré, les outillages 6,7,8 sont montés sur une base 9 d’un type adapté pour y fixer des outillages et être utilisé dans un four de traitement thermique travaillant de façon continue, dit four « à charge », ou semi-continue, dit four « poussant », par exemple un four de cémentation. Un premier outillage 6 est représenté à la figure 1, avec d’autres outillages 7, 8, monté sur la base 9. Il est représenté isolément et partiellement éclaté, à la figure 2. Il présente une forme de plateau horizontal, sensiblement rectangulaire. Il comprend :
- quatre plots 11 ;
- quatre poutres 12 ;
- quatre interfaces 13 ;
- des traverses primaires 14 ; et,
- des traverses secondaires 15.
Dans l’exemple illustré, les quatre plots 11 sont identiques entre eux. Ils sont reliés à la base 9 à l’aide d’adaptateurs 10. Les poutres 12 forment deux paires de poutres identiques entre elles ; une paire de poutres courtes et une paire de poutres longues. Chaque extrémité 16 de chaque poutre 12 est fixée à un plot 11 respectif, de sorte que les plots 11 et les poutres 12 forment ensemble un châssis 20 qui, vu de dessus, a une forme sensiblement rectangulaire.
Les interfaces sont du type positionneurs. Ces positionneurs 13 forment deux paires de positionneurs identiques entre eux ; une paire de positionneurs courts et une paire de positionneurs longs.
Dans l’exemple illustré, chaque positionneur 13 a une forme de barre de section rectangulaire. Il est posé sur une poutre 12 respective, un positionneur court sur une poutre courte et un positionneur long sur une poutre longue. Chacune des extrémités 17 du positionneur est en prise avec le même plot 11 que l’extrémité correspondante de la poutre. Il comprend un bord supérieur 18 crénelé dans lequel sont formées des encoches 19.
Chaque traverse primaire 14 repose sur deux des positionneurs 13 d’une même paire, disposés en vis-à-vis l’un de l’autre, de sorte que les traverses primaires sont parallèles entre elles. Chaque extrémité 21 d’une traverse primaire repose à l’intérieur d’une encoche 19 d’un positionneur respectif parmi les deux en vis- à-vis. Dans l’exemple illustré les traverses primaires sont des traverses longues, qui reposent sur une paire de positionneurs courts.
Les traverses primaires comportent un bord supérieur 22 crénelé dans lequel sont formées des encoches 23.
Chaque traverse secondaire 15 repose sur deux des traverses primaires 14 d’une même paire, disposées en vis-à-vis l’une de l’autre, de sorte que les traverses secondaires sont parallèles entre elles. Chaque extrémité 24 d’une traverse secondaire 15 repose à l’intérieur d’une encoche 23 d’une traverse primaire respective parmi les deux en vis-à-vis. Dans l’exemple illustré les traverses secondaires sont des traverses courtes.
Les traverses secondaires 15 comportent un bord supérieur 25 lisse et un bord inférieur 26 crénelé dans lequel sont formées des encoches 27.
Les encoches 27 des traverses secondaires et les encoches 23 des traverses primaires sont conçues pour s’imbriquer entre elles de sorte que, lorsque les traverses secondaires reposent sur les traverses primaires, les bords supérieurs 22, 25 des traverses primaires et secondaires sont coplanaires. Ainsi, les traverses 14,15 primaires et secondaires forment ensemble un caillebotis 30 qui est porté par le châssis 20.
En outre, dans l’exemple illustré du premier outillage 6, les encoches 19 des positionneurs 13 et les extrémités des traverses 14, 15 sont conçues pour s’imbriquer entre elles de sorte que, lorsque les extrémités des traverses reposent sur les positionneurs, comme illustré à la figure 1, les bords supérieurs 22, 25 des traverses sont coplanaires avec les bords supérieurs 18 des positionneurs 13.
Les extrémités des poutres et des traverses ont une forme d’épaulement qui leur permet d’avoir une hauteur suffisante tout en permettant de maintenir les bords supérieurs 18, 22 et 25 coplanaires.
Les plots 11 sont identiques entre eux. Chaque plot est de forme sensiblement parallélépipédique ; dans l’exemple illustré du premier outillage 6, les plots sont sensiblement cubiques, c’est-à-dire qu’il a six faces 41-43 sensiblement carrées. Il comprend :
- une face supérieure 41 horizontale du centre de laquelle s’élève un pion 46 cylindrique ; - une face inférieure, non visible aux figures, au centre de laquelle est formée un alésage prévu pour recevoir un pion d’un autre plot, de sorte que deux plots peuvent être empilés en maintenus horizontalement entre eux ;
- deux faces intérieures 42, verticales, formant entre elles un angle droit ; et, - deux faces extérieures 43, verticales, formant ensemble un angle droit.
Chaque plot 11 comprend deux rainures verticales 47, chacune sur une face intérieure 42 respective. Chaque rainure est ouverte dans sa face respective et ouverte dans la face supérieure 41. Ceci permet d’introduire les extrémités respectives de la poutre et du positionneur.
Il peut y avoir plus de rainures verticales 47 que les deux illustrées dans cette exemple ; elles peuvent ne pas être ouvertes vers le haut. Chaque plot 11 comprend en outre deux fentes latérales 49, chacune débouchant d’une part dans une face extérieure 43 et d’autre part dans une rainure 47 respective. Chaque fente est prévue pour y introduire une clavette, non représentée, afin de maintenir les plots solidaires des poutres et, éventuellement, des positionneurs.
Il peut y avoir plus de fentes que les deux fentes illustrées dans cet exemple.
Dans l’exemple illustré, les positionneurs ne sont pas fixés au châssis 20 formé par les plots et les poutres, de sorte qu’ils peuvent être posés ou retirés aisément, par exemple pour utiliser un autre type d’interface ou en cas d’usure trop importante.
De préférence, dans la position d’usage de la figure 1, le niveau de la face supérieure 41 est plus haut que le niveau du bord supérieur 18 du positionneur, de sorte que deux plots peuvent être superposés. Dans P exemple illustré, le bord supérieur 18 du positionneur est affleurant avec la face supérieure 41. Les différentes encoches, réparties sur les positionneurs 13, et les traverses 14,15, permettent de choisir l’écartement et le nombre des traverses de chaque type 14,15 que l’on souhaite utiliser, en fonction des pièces à traiter, de leur nombre, de leur poids et de leurs dimensions.
Les matériaux choisis pour chacun des composants élémentaires 11-15 de l’outillage 6 sont choisis en fonction des contraintes qu’ils doivent subir, tant du fait du maintien et du poids des pièces à traiter que du traitement thermique subi.
De préférence, dans l’exemple illustré :
- les plots 11 sont réalisés en graphite isostatique ;
- les poutres 12 sont en CFC ou en composite à matrice et fibre céramiques ; et, - les interfaces 13 sont en CFC ou métalliques.
Grâce à l’utilisation de matériaux spécifiques à la fonction de chaque composant élémentaire, on diminue le poids des outillages, donc, notamment, leur coût et leur inertie thermique.
On va maintenant décrire le deuxième outillage 7 en ce qu’il diffère du premier outillage 6.
La figure 3 est une vue partiellement éclatée du deuxième outillage 7. Dans cet exemple, le positionneur est formé d’une seule pièce avec la poutre 12.
En outre, les traverses ont une forme de « U ». Leurs extrémités comprennent un montant vertical qui s’élève au-dessus de leur bord supérieur 22,25. Ainsi, dans la position d’usage de la figure 1, les bords supérieurs 18 des poutres 12 sont au-dessus des bords supérieurs 22,25, coplanaires, des traverses 14, 15. Le deuxième outillage a la forme d’un panier. Les plots 11 ont une hauteur supérieure à celles des plots 11 du premier outillage, de sorte qu’il permette d’absorber la profondeur du panier, sans gêner les pièces qui sont prévues pour être posées sur le premier outillage.
Pour diminuer le nombre de composants élémentaires, on peut aussi utiliser un seul type de plots ayant une hauteur unique. Un ou plusieurs châssis 20 peuvent alors être intercalés et empilés entre deux outillages, afin de surélever l’un des outillages par rapport à l’autre.
On va maintenant décrire le troisième outillage 8 en référence à la figure 1.
Dans l’exemple illustré, le troisième outillage sert au traitement de pièces cylindriques 2, disposées verticalement afin de limiter leurs déformations au cours du traitement thermiques qu’elles doivent subir.
Le troisième outillage 8 comprend une première partie 52 constituée d’un plateau d’un type similaire à celui du premier outillage 6, sur lequel repose la base des pièces 2. Il comprend aussi une deuxième partie 53, destinée à tenir la partie supérieure des pièces 2.
La deuxième partie 53 comprend :
- des colonnes tubulaires 56 ;
- des noyaux cylindriques 57 ; et,
- une plaque de maintien 58.
Chacune des colonnes 56 est en prise avec un pion 46 d’un plot 11 respectif et qui s’étend verticalement vers le haut depuis la face supérieure 41 de ce plot. Un noyau 57 est ajusté dans chacune des colonnes 56 et s’étend au-dessus du pion 46 à l’intérieur de la colonne. Les dimensions du noyau sont telles qu’il dépasse de l’extrémité supérieure 60 de la colonne et peut servir à y emboîter une colonne supplémentaire.
La plaque est sensiblement rectangulaire. Elle comprend, à chaque angle, un trou 61 prévu pour y emboîter un noyau. De cette façon la plaque est maintenue horizontalement par les noyaux 57 qui traversent les trous 61 ; elle est aussi maintenue verticalement par les colonnes sur les extrémités 60 desquelles elle repose. La plaque est régulièrement percée de passages 62 circulaires. Chaque pièce 2 passe au-travers d’un passage 62 respectif, qui maintien ainsi la tête de la pièce.
Une deuxième plaque d’un même type peut être prévu, de préférence entre la première partie 52 et la première plaque 58, de façon à s’assurer que les pièces resteront effectivement verticales.
Toujours pour optimiser l’usage de chacun des éléments constitutifs des outillages, dans l’exemple illustré, les colonnes sont en graphite et la plaque est constituée de CFC ou de fibres céramiques dans une matrice céramique.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Au contraire, l'invention est définie par les revendications qui suivent.
Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Les dimensions des différents composants peuvent varier, notamment en fonction des dimensions des pièces à traiter ou de la constitution de la charge, par exemple le nombre de niveaux superposés. Par exemple, les plots peuvent comprendre plus de deux rainures ou plus de deux fentes. Ainsi, on peut imaginer des outils différents, comprenant des composants différents adaptés au four ou l’enceinte dans laquelle doit se faire le traitement ou bien au type de pièce à traiter.
On peut aussi utiliser d’autres matériaux que ceux précédemment cités. Par exemple, on peut utiliser du quartz, pour réaliser des tringles, destinées à y suspendre des pièces, ou y enfiler des pièces annulaires.
Les interfaces, plus sensible à l’usure et à l’érosion, peuvent aussi être en quartz.
Un système d’outillage modulaire selon l’invention a une durabilité améliorée, permettant ainsi une augmentation du nombre de pièces produites dans des conditions satisfaisantes, donc une réduction du coût d’outillage à la pièce produite.
Un système d’outillage modulaire selon l’invention, basé sur des composants élémentaires « standardisés » permet de réaliser de multiples combinaisons, en fonction de la typologie de pièces à traiter et des impératifs techniques à satisfaire. Il permet, sur la base des composants « élémentaires » de réaliser des sous-ensembles adaptés à chaque cas de figure.
Ainsi, les avantages d’un système selon l’invention sont notamment :
- l’association de composants « élémentaires » qui peuvent être combinés suivant les besoins, permettant une très grande diversité de combinaisons ;
- des éléments facilement remplaçables, car démontables, notamment en cas de casse, d’une partie d’un outillage, seule celle-ci est à remplacer ce qui représente une grande économie ;
- des interfaces peuvent permettre d’adapter, dans une certaine mesure, l’outillage de traitement aux pièces, par exemple à l’aide de positions prédéfinies, par exemple avec les encoches précédemment décrites ; - le même principe est utilisable pour différentes tailles de fours de traitement, de nombreux composants élémentaires étant communs, et il est possible de faire évoluer le système avec la taille des fours ;
- Il permet d’associer différents matériaux en fonction des propriétés recherchées, notamment :
o des métaux, réfractaires ou pas ;
o des CFC, avec ou sans imprégnation ;
o du graphite ;
o des céramiques, massives ou sous formes de plaques avec fibres agglomérées ;
o du quartz ; ou,
o d’autres matériaux.
Pour des outillages équivalents, l’utilisation d’un système modulaire selon l’invention permet un gain de poids qui peut atteindre 90% et un coût d’usage qui peut être réduit de 50%.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d’outillage (1) pour y disposer des pièces (2) destinées à subir un traitement thermique, caractérisé en ce qu’il comprend plusieurs composants élémentaires (11-15, 56-58) assemblables entre eux, chaque composant étant dans un matériau adapté à sa fonction et ledit système comprenant au moins deux composants, chacun dans un matériau différent.
2. Système d’outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend des éléments de transfert vertical de charges (11,56) et des éléments de transfert horizontal de charges (12,58).
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de transfert vertical de charge (11) sont en graphite.
4. Système selon l’une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les éléments de transfert horizontal de charge sont en un matériau composite, de préférence ayant une matrice carbone ou céramique.
5. Système selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les éléments de transfert vertical des charges sont des plots (11) et en ce que les éléments de transfert horizontal des charges sont des poutres (12) destinées à être assemblées avec lesdits plots de façon à former un châssis.
6. Système selon Tune des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les éléments de transfert vertical des charges sont des colonnes (11) et en ce que l’élément de transfert horizontal des charges est une plaque destinée à reposer sur les colonnes, ladite plaque étant de préférence en un composite céramique et fibres agglomérées.
7. Système selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend parmi les éléments, au moins un élément en quartz.
8. Système selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens (13, 19, 23, 27) pour positionner un premier élément
(15, 14, 12) relativement à un deuxième élément (14, 13, 12) parmi plusieurs positions possibles.
9. Système selon l’une des revendications précédente, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens (13, 19, 23, 27, 47, 49, 57, 61) pour assembler et désassembler des éléments entre eux.
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