FR2567908A1

FR2567908A1 - Procede de traitement thermique de pieces metalliques, dans un four a passage ou a refoulement continus, et dispositif de traitement correspondant

Info

Publication number: FR2567908A1
Application number: FR8511111A
Authority: FR
Inventors: Paul Hohne
Original assignee: Ipsen International GmbH
Current assignee: Ipsen International GmbH
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1985-07-19
Publication date: 1986-01-24
Also published as: FR2567908B1; IT8521648A0; GB8517460D0; IT1201434B; US4622006A; GB2162208B; GB2162208A

Abstract

LE FOUR DE TRAITEMENT THERMIQUE COMPORTE AU MOINS DEUX CHAMBRES RECEVANT SUCCESSIVEMENT DES PIECES A TRAITER DANS CHAQUE CAS ISOLEMENT OU PAR LOTS, QUE L'ON EXTRAIT ENSUITE DE LA DERNIERE CHAMBRE. LE FOUR COMPORTE UNE CHAMBRE 1 DE PRECHAUFFAGE, DEUX CHAMBRES PRINCIPALES 2, 3 DE TRAITEMENT CONSTITUEES PAR DES FOURS CIRCULAIRES A SOLE TOURNANTE A MOUVEMENT CADENCE, REGLE DE PREFERENCE PAR UN ORDINATEUR DE COMMANDE, ET UNE CHAMBRE 4 DE TREMPE. DES PORTES INTERMEDIAIRES 12, 14, 16, 19 SONT EGALEMENT MANOEUVREES PAR L'ORDINATEUR. APPLICATION AUX FOURS DE TRAITEMENT THERMIQUE POUR DES FABRICATIONS AUTOMATIQUES DE GRANDE SERIE, NOTAMMENT POUR LA PRODUCTION DE PIECES METALLIQUES CEMENTEES, DANS L'INDUSTRIE AUTOMOBILE.

Description

La présente invention concerne un procédé de trai-

tement thermique de pièces métalliques, dans un four à passage continu ou dans un four poussant continu comportant au moins deux chambres de traitement, dans lesquelles on.fait passer successivement des pièces à traiter à travers des portes à manoeuvre indépendante, pour assurer un traitement approprié de chacune des charges d'un ensemble de charges constituées chacune de plusieurs pièces à traiter; ce procédé consiste

à introduire à tour de rôle chaque charge de pièces dans cha-

cune des chambres de traitement, successivement, puis à trans-

porter chaque charge à travers chacune des chambres, en y

effectuant le traitement thermique prévu, et à extraire ensui-

te chacune des charges considérées.

L'invention concerne également un dispositif pour

]l'application du procédé tel que défini ci-dessus, en particu-

lier priur réaliser en deux stades la cémentation de pièces

mrtalliques sous atmosphère protectrice; ce dispositif com-

porte un four, divisé en plusieurs chambres de traitement ayant des températures et/ou des atmosphères différentes, ayant chaicuile une porte d'entrée et une porte. de sortie, pour

l'intrnduction et l'extraction des pièces à traiter. De préfé-

renrice, on peut utiliser ainsi un un dispositif à deux chambres principales de traitement, pour effectuer une surcarburation dans la première chambre o règne une atmosphère fortement chargre en carbone, et pour effectuer ensuite un-traitement nie décarhuuration et de diffusion dans la deuxième chambre, afin d'aboutir aux valeurs ch'erchées quant à la profondeur

de cémentation.

Jlusqu'à présent, on a utilisé uniquement des fours poussants continus à refoulement rectiligne pour ce genre

de traitement. Mais cette manière d'opérer présente un incon-

vrriprnit, car la durée de traitement des diverses charges suc-

cessives est alors invariable. En effet, chaque charge à trai-

trr, trir fois introduite dans le four, en sort dans un ordre immuable et au bout d'une durée prédéterminée. C'est pourquoi, de tels frours à refoulement ne sont utilisables que d'une

maliririre l]imité'e, et en particulier pour le traitement de quan-

tités importantes de pièces identiques, auxquelles il s'agit

d'appliquer un traitement différent ou identique.

D'autre part, il est connu d'utiliser pour le trai-

tement thermique de pièces métalliques des fours à sole tour-

nante, comportant une sole de forme annulaire sur laquelle circulent lentement, dans un sens de rotation déterminé, les pièces à traiter introduites par une porte d'entrée, pour être extraites du four après leur traitement thermique, dans le même ordre que pour leur introduction (brevet US 4 412 813). Ces fours à sole tournante sont également mis en oeuvre suivant le principe connu de la circulation par poussée ou par passage, dans lequel la durée de séjour de

toutes les pièces est la même dans chacun des postes de-pas-

sage (chambres de traitement). Ces fours à sole tournante connus présentent un autre inconvénient, car on ne peut pas diviser leur volume interne en plusieurs zones différentes, avec par exemple des atmosphères ayant des teneurs en carbone différentes. En conséquence, on ne peut utiliser pratiquement les fours à sole tournants, par exemple pour un traitement de carburation, que jusqu'à une profondeur de pénétration de 0, 6 mm au maximum, car au-delà l'utilisation de ces fours

est sans effet ou en tout cas très peu économique.

Dans ces conditions, l'invention a pour but de pro-

poser un procédé et un four de passage pour effectuer sur

des pièces métalliques un traitement thermique du genre pré-

cité, en évitant les inconvénients que l'on vient d'exposer, afin de tirer complètement parti de la capacité du four de traitement, en y faisant passer en même temps des charges

qu'il s'agit de soumettre à des modes de traitement diffé-

rents et/ou de durées différentes, en particulier pour obte-

nir des profondeurs de pénétration différentes dans un trai-

tement de carburation en deux stades. Grâce à l'invention, on obtient ainsi une granide souplesse de mise en oeuvre du four pour traiter simultanément des pièces différentes quant à

leur taille, à leur forme et à leur quantité.

Selon l'invention, on obtient ces résultats en utilisant un procédé de traitement thermique caractérisé en ce qu'on effectue d'une manière irrégulière le transport des pièces à traiter, au moins dans l'une des chambres de traitement, afin de faire arriver les charges à la sortie de cette ou des chambre(s) de traitement considérée(s) au bout d'une durée de séjour dont la longueur diffère d'un

cas à l'autre.

Egalement selon l'invention, le dispositif destiné à l'application du procédé défini plus haut est caractérisé en ce que deux des chambres de traitement sont constituées

par des fours à sole partiellement tournante à mouvement caden-

cé; et en ce que l' une des portes de passage à manoeuvre indépendante est une porte intermédiaire, qui débouche dans la deuxième des chambres de traitement précitées. Dans un mode de réalisation pratique de l'invention, les portes de passage à manoeuvre indépendante peuvent être décalées l'une par rapport à l'autre de 45-, et décalées de préférence de . Le principe essentiel de l'invention consiste à

effectuer le traitement thermique simultané de charges cons-

tituées chacune par un certain nombre de pièce, ces charges demandant des modes de traitement différents et/ou des durées différentes, en effectuant au besoin l'extraction des charges traitées dans un ordre différent de l'ordre d'introduction des charges à traiter; à cet effet, au moins dans l'une

des chambres de traitement, on effectue d'une manière irrégu-

lière le transport des charges à travers la chambre, si bien qu'on peut ensuite extraire les charges de cette chambre

après des durées de séjour de longueurs différentes.

Ainsi, par exemple, on peut opérer avec au moins deux chambres de traitement, en assurant dans l'une de ces chambres le passage des charges de pièces à traiter de la manière habituelle, en respectant leur ordre d'introduction, c'est-à-dire avec des durée de séjour identiques. Par contre, l'autre chambre disposée en amont ou en aval de la chambre précitée, comporte de préférence un réceptacle mobile dans

deux sens opposés, et une atmosphère appropriée pour le trai-

tement thermique prévu, avec un certain nombre d'emplacements conçus chacun pour recevoir une charge de pièces à traiter, afin de prendre chaque charge en regard de la porte d'arrivée correspondante et d'amener cette charge en regard de la piiit suivante, après un trajet de transport convenable. L'instant o chaque charge arrive sur le réceptacle mobile, ainsi que la durée du traitement thermique subi par cette charge, et l'instant o cette charge quitte le réceptacle mobile, sont déterminés automatiquement, en fonction d'un programme de traitement thermique établi à l'avance. Un tel réceptacle

peut comporter une ou plusieurs rangées rectilignes d'empla-

cements destinés à recevoir chacun l'une des charges à traiter.

Suivant une particularité complémentaire de l'in-

vention, on utilise de préférence une chambre de traitement constituée par un four à sole tournante, qui peut être animée d'un mouvement cadencé dans un sens de rotation ou dans le sens opposé; la cadence d'introduction des charges à traiter dans ce four est régulière ou irrégulière. La sole mobile de ce four peut donc tourner dans un sens ou dans l'autre, suivant la position d'un emplacement libre à occuper, ou

suivant la position d'une charge à évacuer hors du four.

Normalement, le système de commande automatique assure un mouvement à cadence irrégulière de la sole tournante, en vue du traitement et de l'extraction des charges qui passent dans le four. Mais le système permet également de déplacer

la sole tournante à cadence régulière, pour traiter des quan-

tités importantes de pièces identiques.

Dans un mode de réalisation intéressant de l'inven-

tion, pour assurer d'une manière avantageuse un traitement de carburation avec une profondeur de pénétration qui peut atteindre 1,8 mm, la partie principale du four est constituée par un double système de fours circulaires à sole tournante, comportant une première chambre de traitement de carburation sous atmosphère à forte teneur de carbone, et une deuxième chambre, pour assurer un traitement de diffusion dans une atmosphère dont la teneur en carbone est réduite; les deux chambres, constituées par les deux fours circulaires à sole tournante à mouvement cadencé, sont séparées par une porte intermédiaire qui se trouve de préférence alignée avec la porte d'entrée et la porte de sortie de l'ensemble des deux fours. Pour améliorer encore la souplesse de mise en oeuvre

du dispositif, on peut y ajouter d'autres chambres, consti-

tuées par des fours circulaires à sole tournante à mouvement cadencé, qui sont raccordées latéralement à la première et/ou à la seconde des chambres précitées. En particulier, pour effectuer le traitement thermique de pièces d'automobiles, telles que des pièces de systèmes de transmission ou des pièces de moteurs à traiter une par une, mais aussi telles

que des boulons ou des vis à traiter en vrac, il est inté-

ressant de compléter le four de passage conforme à l'inven-

tion, constitué par deux fours circulaires à sole tournante, en y ajoutant en combinaison deux fours à refoulement par

poussée rectiligne, pour constituer respectivement une cham-

bre de préchauffage d'entrée, et une chambre d'égalisation de température de sortie. A cette dernière chambre, on ajoute

en général une chambre de trempe, avec un raccordement appro-

prie. Dans un tel four composite, il est possible de faire passer en même temps des charges de pièces à traiter, en vue d'obtenir des profondeurs de pénétration différentes d'une charge à l'autre. Par exemple, on peut avoir en même temps dans la première chambre (carburation sous atmosphère

à forte teneur de carbone) des charges prévues pour une pro-

fondeur de pénétration de 0,5 mm, et d'autres charges prévues pour une profondeur de pénétration de 1,2 mm. Suivant la durée de traitement qui diffère d'une charge à l'autre, l'ordinateur de commande règle les mouvements de la sole tournante pour assurer le passage de chacune des charges

à travers la porte intermédiaire qui débouche dans la deuxiè-

me chambre (de diffusion), avec une différence de temps

appropriée entre les passages des diverses charges. Ce fai-

sant, l'ordinateur commande la rotation de la sole tournante du four dans tel ou tel sens, pour assurer à chaque fois le plus court trajet possible. L'ordinateur qui commande ainsi le fonctionnement d'ensemble du four de traitement prend en compte les valeurs à considérer, quant à la teneur en carbone de l'atmosphère de traitement, et quant à la durée

de la carburation et de la diffusion aux températures de trai-

tement prédéterminées. En outre, l'ordinateur détermine les processus de chargement, en fonction de la capacité disponible

du four de traitement.

D'autres particularités et avantages de l'invention

ressortiront de la description d'un mode de réalisation

présenté ci-après à titre d'exemple, en référence à la figure unique annexée qui représente un four de passage, prévu pour assurer en plusieurs stades et sous atmosphère gazeuse le

traitement thermique de pièces métalliques en cours de fabri-

cation; dans ce mode de réalisation, les deux chambres de traitement sont constituées par des fours à sole mobile, à mouvement tournant cadencé, comme le prévoit de préférence l'invention. Dans le sens du déplacement des pièces à traiter,

le système conforme à l'invention comporte ainsi successive-

ment: une chambre I de préchauffage, constituée par un four à poussée de refoulement, une chambre 2 de cémentation, constituée par un four circulaire à sole mobile à mouvement tournant cadencé, une chambre 3 de diffusion constituée également -25 par un four circulaire à sole mobile à mouvement tournant cadencé, une chambre 4 d'égalisation, constituée par un four à poussée de refoulement,

et une chambre 5 de trempe.

Les chambres forment ainsi ensemble un four à passa-

ge continu pour assurer en deux stades et sous atmosphère

protectrice la cémentation de pièces en cours de fabrication.

Les pièces à traiter sont placées, soit par unité, soit par lots sur des châssis ou dans des paniers, sur une grille de transport 6, et;ont introduites dans le four par un sas

d'entrée 7, pourvu à cet effet d'une porte de chargement 8.

Le sas d'entrée 7 fait partie de la chambre 1 de préchauffage,

et sert à isoler l'atmosphère de cette chambre de l'air exté-

rieur. quand la-porte intermédiaire 9 qui débouche dans la chambre 1 est en position de fermeture, on peut éliminer l'air du sas d'entrée 7 en y introduisant un gaz de purge approprié. Après ouverture de la porte intermédiaire 9, chaque pièce à traiter est introduite dans la chambre 1 par un vérin de poussée de refoulement. Les pièces ainsi chargées sont

poussées par coups successifs à travers la chambre 1 de pré-

chauffage et s'y réchauffent ainsi dans une atmosphère non fuligineuse et donc sans effet de cémentation, jusqu'à une température de cémentation comprise entre 830 et 900 C. La chambre 1 de préchauffage est constituée par un four à poussée de refoulement, à chauffage électrique, comportant deux zones de chauffage (non représentées). Comme gaz de protection,

on utilise un gaz endothermique et de l'air.

A l'extrémité de la chambre 1 de préchauffage!située du côté gauche de la figure, est monté un dispositif de déchargement, constitué par un refouloirà chaîne 11 qui entre en action après ouverture d'une porte intermédiaire 12, pour refouler la charge arrivée à l'extrémité de la chambre 1,

et la pousser dans la chambre 2 de cémentation, adjacente.

La chambre 2 de cémentation-est constituée par un four circu-

laire à mouvement cadencé, qui comporte une sole tournante

13, mobile dans les deux sens avec dix-huit positions de char-

gement. La cadence du mouvement tournant de la sole est com-

mandée par un ordinateur, suivant la nature de la charge à traiter et suivant la durée du traitement à réaliser, pour

obtenir un mouvement régulier ou irrégulier de la sole tour-

nante, dans un sens de rotation ou dans l'autre. Pour assurer un traitement de cémentation dans une atmosphère à forte

teneur en carbone, on peut chauffer la chambre 2 de cémenta-

tion jusqu'à 900 , au moyen d'éléments chauffants disposés

dans quatre zones de chauffage. Comme gaz protecteur, on uti-

lise un gaz endothermique avec un gaz additionnel. Suivant la durée qui est nécessaire pour obtenir une profondeur de cémentation prédéterminée, on laisse la charge à traiter dans B

l'atmosphère carburante que l'on peut maintenir juste en-

dessous de la limite de la formation de suie ou du noir de carbone. A l'expiration de la durée fixée,la charge se trouve amenée sur la sole tournante 13 à l'endroit de la sortie de la chambre 2 de cémentation, en regard d'une porte inter-

médiaire 14, qui ouvre le passage vers la chambre 3 de diffu-

sion. Un dispositif de déchargement constitué par un refou-

loir à chaine 15, pousse la charge dans la chambre 3 de dif-

fusion, constituée par un four à sole tournante à mouvement

cadencé, de plus faible taille que le four 2 de cémentation.

La chamtbre 3 de diffusion comporte six positions de chargement. Des éléments de chauffage (non représentés) sont prévus pour y assurer une température de traitement de 900'C, en utilisant un gaz protecteur constitué de gaz endothermique avec un gaz additionnel. Suivant la durée prévue pour le traitement de diffusion à appliquer à chacune des charges à traiter, l'ordinateur contrôle la durée de séjour de chaque charge dans la chambre 3 de diffusion, pour faire tourner la sole du four de diffusion vers la gauche ou vers la droite, afin d'amener la charge en regard de la sortie du four, par le chemin le plus court, en commandant ensuite l'ouverture d'une porte intermédiaire 16, et en déclenchant la manoeuvre d'un refouloir à chaîne 17, qui pousse la charge dans la

chambre 4 d'égalisation.

La chambre 4 d'égalisation est constituée par un four à poussée de refoulement rectiligne, et comporte des éléments chauffants (non représentés) répartis en deux zones, qui permettent de maintenir la température à une valeur fixée, par exemple pour refroidir un peu la charge jusqu'à la température de trempe de 850 C. Comme gaz de protection, on utilise'un gaz endothermique avec-un gaz additionnel plus

drie l'air.

Dans la chambre 4 d'égalisation, on réduit la tempé-

rature de la charge jusqu'à la température de trempe, dans une atmosphère qui correspond à la valeur limite fixée pour la teneur en carbone. Le transport dans le four à passage

continu est assuré par un autre vérin 18 de poussée de refou-

lement. Lorsque la température de la charge a été ainsi cor-

rectement abaissée et égalisée à la valeur fixée pour la trempe, la charge est amenée dans l'une des deux positions

d'extraction schématisées du côté droit de la figure. L'ex-

traction de la charge est alors assurée, soit par un refou- loir à chaîne 19, disposé dans le four d'égalisation avec un système de refroidissement approprié, pour pousser la charge hors du four, suivant un trajet schématisé en traits mixtes, jusqu'à une plate-forme d'abaissement dans un bain d'huile de la chambre 5 de trempe, soit à travers qne porte à fente(s) si l'extraction doit s'effecteur par pièces individuelles. Avec le four que l'on vient de décrire, il est possible d'assurer de manière économique le traitement de cémentation en deux stades de diverses pièces en cours de fabrication, en pratiquant un traitement adapté à chaque cas, suivant la nature du matériau des pièces considérées, ainsi que suivant la forme, la taille et le nombre de ces

pièces, en profitant à la fois des avantages des fours pous-

sants à refoulement rectiligne déjà connus (fonctionnement entièrement automatique, vitesses d'échauffement élevées) et des avantages des fours à sole tournante, pour effectuer une cémentation en deux stades, dans des conditions de grande

souplesse opératoire.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de traitement thermique de pièces métal-

liques, dans un four à passage continu ou dans un four pous-

sant continu, comportant au moins deux chambres de traitement dans lesquelles on fait passer successivement des pièces à traiter à travers des portes à manoeuvre indépendante, pour assurer un traitement thermique approprié de chacune des charges d'un ensemble de charges constituées chacune

de plusieurs pièces à traiter; procédé comportant l'intro-

duction à tour de rôle de chaque charge de pièces dans cha-

cune des chambres de traitement, successivement, puis trans-

port de chaque charge à travers chacune des chambres en y effec-

tuant le traitement thermique prévu, et ensuite l'extraction de chacune des charges considérées; procédé caractérisé en ce qu'on effectue d'une manière irrégulière le transport des charges de pièces à traiter, au moins dans l'une des chambres de traitement, afin de faire arriver les charges

à la sortie de la ou des chambre(s) de traitement considé-

rée(s), au bout d'une durée de séjour dont la longueur diffè-

re d'un cas à l'autre.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un four à sole pouvant tourner dans une direction et dans la direction opposée, pour réaliser chacune des chambres circulaires de traitement à durée variable; et en ce qu'on commande pas-à-pas, à cadence régulière ou non, le mouvement de la sole tournante de chaque four, dans

un sens de rotation ou dans l'autre.

3. Procédé selon l'une des revendications I ou 2,

caractérisé en ce qu'on utilise un système à deux fours à soles tournantes à mouvements cadencés, pour réaliser une

première chambre de traitement, en vue d'effectuer une cémen-

tation dans une atmosphère à haute teneur en carbone, et une deuxième chambre de traitement, en vue d'effectuer une diffusion dans une atmosphère à taux de carbone réduit; les

deux chambres de traitement, constituées par des fours circu-

laires séparés ayant chacun une sole tournante à mouvement

cadencé, étant séparées l'une de l'autre par une porte inter-

médiaire, qui est alignée de préférence avec la porte d'en-

trée et avec la porte de sortie de l'ensemble des deux cham-

bres associées.

4. Dispositif pour l'application du procédé selon

l'une quelconque des revendications 1 à 3, en particulier

pour réaliser en deux stades la cémentation de pièces métal-

liques sous atmosphère protectrice; ce dispositif comportant un four divisé en plusieurs chambres de traitement ayant - des températures ou des atmosphères, ou des températures et des atmosphèresdifférentes, avec une porte d'eQtrée et une porte de sortie pour l'introduction et l'extraction des pièces à traiter; caractérisé en ce que deux des chambres

de traitement (2,3) sont constituées par des fours circulai-

res à sole tournante à mouvement cadencé, et en ce que l'une des portes de passage à manoeuvre indépendante est une porte intermédiaire (14),qui débouche dans la deuxième (3) des

chambres de traitement précitées.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractéri-

sé en ce que les portes de passage sont décalées d'au moins

45 l'une par rapport à l'autre.

6. Dispositif conforme à l'une des revendications

4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte des chambres supplé-.

mentaires, constituées par des fours circulaires à sole tour-

nante à mouvement cadencé, associées latéralement à la première

chambre de traitement ou,à la seconde chambre ou aux deux.

7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à

6, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre (1) de pré-

chauffage, disposée du côté de l'arrivée des pièces à traiter, et une chambre (4) d'égalisation de température, disposée du côté de la sortie des pièces traitées, chacune de ces deux chambres (1,4) étant constituée par un four poussant a refoulement rectiligne, et la chambre d'égalisation (4)

débouchant de préférence dans une chambre (5) de trempe.