FR2845695A1 - Procede et installation de traitement thermique de pieces metalliques - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement thermique de pièces métalliques (6) agencées en charge (5) dans lequel successivement on amène la charge de pièces dans un four (1) de traitement vertical apte à être ouvert vers le bas, on ferme le four au moyen d'un bouchon de fermeture (11) apte à supporter la charge (5), on assure alors le traitement thermique souhaité réalisé par le four (1), et une fois ce traitement réalisé, on ouvre le bouchon (11) caractérisé en ce que l'on crée entre l'ouverture du four et l'air ambiant une interface de gaz de traitement dans un vestibule (25), on amène une ou des pièces (6) de la charge (5) horizontalement en face d'une ouverture latérale (27) ménagée dans la paroi du vestibule (25), on saisit cette ou ces pièces (6) depuis l'extérieur à travers la dite ouverture, on retire cette ou ces pièces de la charge (5) et on la sort du vestibule (25), de manière que la ou les pièces (6) situées dans le vestibule (25) soient protégées d'une altération de surface par les gaz de traitement qui s'y trouvent.

Description

L'invention concerne un procédé et une installation de traitement

thermique de pièces métalliques, permettant plus spécialement d'effectuer de manière combinée les traitements thermochimiques et les opérations de trempe notamment sous presse. Les traitement thermochimiques des métaux consistent à conférer des propriétés mécaniques particulières (dureté, propriétés tribologiques, aspects, etc.) à la surface de la pièce ou sur de faibles profondeurs en modifiant la 10 composition chimique à l'aide de mélanges gazeux à des températures situées entre 400'C et 1200 OC. Ces opérations se déroulent à des températures variables selon la nature du traitement et du matériaux de base, mais se situent

typiquement entre 500 et 1200 OC.

Le traitement thermique des pièces métalliques requiert des opérations de 15 refroidissement rapide afin de conférer à la pièces des propriétés mécaniques

dans la masse. Ces trempes ou durcissement par trempe s'accompagnent en général de déformations géométriques importantes en raison des gradients thermiques, de la variation du coefficient d'échange thermique entre la pièce et le milieu de refroidissement au cours du temps et des variations 20 dimensionnelles liées à la modification de la structure cristalline du matériaux.

Dans bien des cas, les déformations engendrées lors de la trempe sont telles que la pièces doit être redressée ou retaillée après traitement. Ces opérations

sont extrêmement coteuses.

Pour tenter de pallier ces problèmes, on utilise depuis longtemps les opérations 25 de trempe sous presse, notamment pour des pignons, en appliquant une contrainte mécanique extérieure lors du refroidissement de la ou les pièces afin de limiter sa ou leur déformation. La ou les pièces devant subir une trempe sous presse sont généralement retirées du four soit manuellement soit à l'aide d'un robot, et sont placées sous la presse. Le passage de la pièce à l'air entre 30 le four et la presse n'est pas dommageable. Ces procédés de trempe dits sous presse se font normalement pièce à pièce ou par petits groupes de pièces dans des installations de fours avec un traitement au défilé. La durée du traitement de modification de la surface (cémentation, nitruration ou tout autre procédé analogue) est de plusieurs ordres de grandeur plus importante que l'opération

de trempe sous presse qui ne dure que quelques minutes.

Le procédé et l'installation objet de la présente invention concernent un traitement thermique de pièces agencées en charge nécessitant un traitement thermochimique suivi d'une trempe ou d'un refroidissement sous contrainte (soit

une à une soit en petits lots).

Il existe depuis longtemps des fours permettant d'effectuer des traitements 10 thermochimiques et qui permettent de retirer les pièces du four pour les amener sous une presse pour le durcissement sous contrainte. Ces fours sont généralement des fours au défilé munis d'un tunnel de chauffe, de type " poussant " ou munis d'une sole à rouleaux pour entraîner les pièces. Ces

fours présentent deux désavantages très important.

D'une part, les durées des traitements thermochimiques étant typiquement de l'ordre de plusieurs heures, ces fours sont très longs et très volumineux, donc très coteux en terme d'investissement, de surface utilisées et de frais de production. D'autre part, le traitement au en continu au défilé ou rotatif, par définition, ne 20 permet qu'une seule vitesse moyenne de déplacement à l'intérieur du tunnel du

four, qu'une seule température et qu'un seul type de mélange de gaz. Une production de pièces, par exemple des pignons, exigent plusieurs gamme de traitement en fonctions des différents aciers et des différentes propriétés cibles.

Par définition, les fours au défilé ne peuvent être utilisés que pour un type de 25 traitement. Dès lors que plusieurs traitements différents (par exemple des profondeurs de cémentation différentes) sont requis, il est nécessaires de

disposer d'autant de fours au défilé.

Une autre méthode connue d'effectuer les traitement thermochimiques suivis d'une trempe sous presse consiste à dissocier les étapes. Dans un premier 30 temps, les pièces agencées en charges subissent un traitement thermochimique dans un four dit " à charges ", disposés horizontalement. Elles sont ensuite refroidies lentement (pour éviter les déformations) sous gaz de protection. Par rapport au four au défilé, cette solution présente l'avantage

d'une flexibilité plus importantes et d'un gain de surface au sol.

Dans une seconde opération, les pièces sont chauffées à nouveau dans une 5 autre installation (typiquement un four au défilé ou un four à carrousel) qui permet de les retirer une à une ou en petits lots.

On comprend aisément que ce procédé est très lourd et très coteux car il nécessite deux types de fours, des opérations de manutention importantes et surtout il est très désavantageux du point de vue énergétique car il demande de 10 chauffer deux fois les pièces.

De plus, l'une comme l'autre solution ne présente aucune flexibilité de travail car les installations sont complètement dédiées au procédé de trempe sous presse et ne sont pas capables de proposer d'autres variantes de trempe. On sait cependant qu'un atelier de traitement thermique requiert divers procédés 15 thermochimiques et divers moyens de trempe (trempe liquide, trempe sous gaz de protection, etc.) L'état de la technique est illustré tout particulièrement par les installations de la société AFC-Holcroft aux USA de référence " pusher furnaces " ou " roratry 20 earth furnaces " par celles de la société Ipsen en Allemagne de même référence ainsi que par les documents EP-A 1089 045 et US 4 105 398 L'invention a pour but de pallier les inconvénients et limites qui viennent d'être exposés en liaison avec ces deux modes de réalisation. En effet, selon 25 l'invention, un seul four à charges est utilisés pour effectuer les traitements

thermochimiques de manière extrêmement flexible et pour extraire les pièces du four. Cette disposition particulièrement avantageuse et simple permet de rationaliser considérablement la production en minimisant les opérations de manutention, en optimisant les consommations d'énergie et en conservant la 30 grande flexibilité de traitement propre aux fours à charges.

A cet effet, l'invention concerne, selon un premier aspect, un procédé de traitement thermique de pièces métalliques agencées en charge dans lequel successivement on amène la charge de pièces dans un four de traitement vertical apte à être ouvert vers le bas, on ferme le four au moyen d'un bouchon 5 de fermeture apte à supporter la charge, on assure alors le traitement thermique souhaité réalisé par le four, et une fois ce traitement réalisé, on ouvre le bouchon caractérisé en ce que l'on crée entre l'ouverture du four et l'air ambiant une interface de gaz de traitement dans un vestibule, on amène une ou des pièces de la charge horizontalement en face d'une ouverture latérale 10 ménagée dans la paroi du vestibule, on saisit cette ou ces pièces depuis l'extérieur à travers la dite ouverture, on retire cette ou ces pièces de la charge et on la sort du vestibule, de manière que la ou les pièces situées dans le vestibule soient protégées d'une altération de surface par les gaz de traitement

qui s'y trouvent.

Selon ce procédé, une fois la ou les pièces retirées de la charge et sorties du vestibule, on les traite au moyen d'une presse à tremper. On amène une ou des pièces de la charge horizontalement en face d'une ouverture latérale ménagée dans la paroi du vestibule en assurant un mouvement relatif entre le bouchon supportant la charge et le four. On retire les pièces d'un même niveau 20 de la charge et on les sort du vestibule successivement en faisant pivoter le bouchon supportant la charge. On réitère l'opération consistant à amener une pièce en face de l'ouverture latérale du vestibule, à saisir cette pièce depuis l'extérieur, à retirer cette pièce de la charge et à la sortir du vestibule, successivement pour chaque pièce ou chaque groupe de pièces à traiter au 25 moyen de la presse à tremper. Selon une réalisation, pour amener la charge de pièces dans le four, on ouvre le bouchon et on l'écarte en dessous du four, on amène la charge sur le bouchon, et on assure un mouvement relatif du bouchon par rapport au four correspondant à une élévation du bouchon jusqu'à ce qu'il vienne fermer la charge. Selon une autre réalisation, pour amener la 30 charge de pièces dans le four, on amène les pièces sur la charge à travers l'ouverture latérale du vestibule et on réitère l'opération en opérant un déplacement relatif du bouchon et du four jusqu'à ce que le bouchon vienne fermer la charge. Selon les réalisations, on met en oeuvre un four fixe ou un four mobile en déplacement horizontal et/ou vertical. Selon les réalisations, on maintient la charge dans le four lors du traitement thermique en la reposant sur

le bouchon ou sur des moyens saillants du four.

Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une installation de traitement thermique de pièces métalliques agencées en charge spécialement destinée à la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit. Cette installation comportent au moins un four de traitement vertical apte à être ouvert vers le bas, fixe ou mobile en déplacements horizontal et vertical, un bouchon de 10 fermeture du four apte à supporter la charge, un vestibule s'étendant sous le

four et comportant une ouverture latérale, des moyens d'entraînement ayant pour fonction de permettre un mouvement relatif entre le bouchon et le four, des moyens d'extraction des pièces traitées dans le four à travers l'ouverture latérale du vestibule, et au moins une presse de trempe avec laquelle 15 coopèrent les moyens d'extraction.

Selon un troisième aspect, l'invention concerne une installation de traitement thermique de pièces métalliques agencées en charge comportant au moins un four de traitement vertical apte à être ouvert vers le bas, fixe ou mobile en 20 déplacements horizontal et vertical, un bouchon de fermeture du four apte à supporter la charge, un vestibule s'étendant sous le four, ouvert vers le bas, fixe en déplacement horizontal, comportant au dessus de son bord inférieur une ouverture latérale ayant pour fonction de permettre l'extraction des pièces de l'intérieur à l'extérieur du vestibule, des moyens d'entraînement permettant 25 d'effectuer des mouvement verticaux relatifs entre le bouchon et le four, des

moyens d'extraction des pièces traitées pour les retirer de la charge et les sortir du vestibule, des moyens d'étanchéité aux gaz entre le four et le vestibule pour permettre au gaz de protection du four de re mplir le vestibule une fois le four ouvert, des moyens pour injecter du gaz de protection lors de l'ouverture du 30 four résultant de l'écartement de séparation du bouchon et du four.

Cette installation comporte en outre au moins une presse de trempe avec

laquelle coopèrent les moyens d'extraction des pièces du vestibule.

Selon d'autres caractéristiques de cette installation, l'ouverture latérale du vestibule comporte une porte de fermeture. L'installation comporte en outre un 5 dispositif de rotation du bouchon par rapport à un axe de symétrie vertical.

Selon une réalisation, le ou les fours sont disposés dans une position dite supérieure, sont munis de moyens de maintien de la charge en l'absence de bouchon et sont déplaçables horizontalement sur une voie. Dans ce cas, l'installation comporte en outre une ou des stations ou bacs de trempe fixes 10 comportant chacun un élévateur autonome, et le ou les fours sont déplaçables horizontalement pour venir au dessus des stations ou bacs de trempe. Le ou les fours sont déplaçables au dessus d'au moins une station disposée dans une position inférieure et comportant un vestibule avec une ouverture, un bouchon et des moyens élévateurs dudit bouchon. L'étanchéité entre le ou les 15 fours et le ou les vestibules est assurée par un mouvement vertical relatif du

four et du vestibule et d'un système de joint.

L'invention sera bien comprise, de même que ses avantages, grâce à la

description qui suivra en référence aux dessins annexés, dans lesquels:

- La figure 1 est une vue schématique, partielle, en coupe, d'une installation selon l'invention selon une première réalisation possible, par un premier plan vertical médian, le bouchon étant ouvert, en position extrême inférieure et supportant une charge; - La figure 2 est une vue schématique, partielle, en coupe, de l'installation de 25 la figure 1, selon la ligne de coupe A-A et un second plan vertical médian orthogonal au premier, le bouchon étant fermé en position extrême inférieure et ne supportant aucune charge, le four étant vide; - La figure 3 est une vue schématique, en élévation, à plus grande échelle, d'une réalisation possible de charge de pièces destinée à être traitée par 30 une installation selon l'invention; - La figure 4a est une vue schématique, de dessus, d'une installation selon l'invention selon une deuxième réalisation possible; - La figure 4b est une vue schématique, partielle, en coupe, de l'installation de la figure 4a, selon un plan de coupe vertical, le bouchon étant écarté du four et la charge maintenue dans le four par des moyens saillants; - La figure 4c est une vue schématique analogue à la figure 4b, montrant d'autres caractéristiques constructives; - La figure 4d est une vue schématique analogue aux figure 4b et 4c montrant une réalisation avec élévateur autonome; - Les figures 5a, 5b et 5c sont trois vues schématiques du processus d'introduction de charge de pièces dans le four; - Les figures 6a, 6b et 6c sont trois vues schématiques du processus d'ouverture du four afin d'en décharger les pièces; - Les figures 7a et 7b sont deux vues schématiques du processus de 15 déchargement d'une pièce de la charge de pièces; - La figure 8 est une vue schématique du processus d'introduction d'une pièce dans la presse; La figure 9 est une vue schématique du processus de rotation du bouchon;

- La figure 10 est une vue schématique de la poursuite du processus de 20 déchargement des pièces hors du four.

L'installation selon l'invention est destinée au traitement thermique de pièces

métalliques 6 agencées pour former une charge 5 (figure 3).

En général, la charge 5 a une base circulaire. Elle comporte un support de base 25 ou plateau 7 et une série de plateaux intermédiaires 34 superposés et espacés.

Les pièces à traiter 6, par exemple des pignons, des disques, des bagues, etc., sont disposées sur les plateaux intermédiaires 34. Chaque plateau 34 peut supporter plusieurs pièces 6 de même nature ou de nature différente.

L'espacement entre les plateaux 34 est assuré par exemple par des entretoises

et peut varier selon la hauteur des pièces.

L'installation comporte tout d'abord, selon une première réalisation et les figures 5 1 et 2, un four 1 disposé généralement verticalement, d'axe vertical, apte à être ouvert vers le bas pour le chargement et le déchargement. Au four 1 est

associé au moins une presse de trempe, non représentée.

Le four 1 comporte à sa périphérie latérale externe une carcasse 2 métallique contenant un matériaux isolant contre le rayonnement thermique 3 et 10 ménageant des espaces destinés à recevoir des éléments chauffants comme

des brleurs à gaz 4 ou des bougies de chauffe électriques.

La partie centrale interne du four 1 forme un espace de réception de la charge 5 agencé et apte à recevoir, évacuer et contenir les pièces 6 à traiter reposant sur le plateau 7. Cet espace est délimité latéralement de façon cylindrique et 15 vers le haut par une enceinte métallique 8, dont l'épaisseur peut varier de 3 à mm selon des réalisations possibles. L'enceinte 8 isole la charge 5 de l'atmosphère générée par les brleurs 4. L'enceinte 8 s'étend de l'extrémité

supérieure du four 1 jusqu'à sa limite inférieure.

La carcasse 2 et l'enceinte 8 ouvertes vers le bas délimitent l'ouverture 20 inférieure du four 1 permettant l'introduction et la sortie de la charge 5. Les

dimensions de cette ouverture sont donc en conséquence.

Dans une autre réalisation possible, le four 1 ne comporte pas d'enceinte telle que l'enceinte 8. Dans ce cas, le chauffage au gaz est réalisé par exemple au moyen de tubes radiants ou de manière analogue afin d'éviter de perturber 25 l'atmosphère du four avec les gaz de brlage.

Le four 1 est également équipé d'une turbine de brassage 9, entraînée par un moteur 10 placé à l'extérieur du four 1. La turbine 9, placée dans et vers le haut de la partie centrale interne du four 1 formant l'espace de réception de la charge 5, au dessus d'elle, assure le brassage des gaz constituant 30 l'atmosphère interne du four 1.

L'installation comporte également un bouchon mobile et amovible 11.

Le bouchon 11 comporte une plaque de base 12 destinée et agencée pour

pouvoir supporter la charge 5 verticalement à l'aide de supports 13 appropriés.

Le bouchon 11 comprend également une isolation thermique 14.

En outre, le bouchon 11 est destiné et agencé pour pouvoir fermer le four 1 à

sa base o il est ouvert, comme il a été décrit.

Si une étanchéité aux gaz est requise lors du traitement, la plaque 12 du bouchon 11 est munie d'un joint 15 qui, une fois le bouchon 11 disposé en position de fermeture du four 1, assure l'étanchéité avec l'enceinte 8 ou avec la 10 carcasse 2 s'il n'y a pas d'enceinte telle que 8.

Les différents fluides de traitements nécessaires au déroulement du procédé thermochimique par exemple du gaz endothermique, de l'azote, de l'hydrogène, de l'ammoniac, etc. sont injectés dans l'espace de réception de la charge 5 par 15 exemple comme illustré à la figure 1 au moyen d'au moins un injecteur 16 situé

ici à proximité de la turbine 9.

Les mesures de température et les mesures permettant de contrôler ou de régler l'atmosphère dans le four (sondes, analyseur infrarouge, etc.) sont effectuées au moyen d'un ou plusieurs passages 17 aménagés dans le four 1, 20 en communication avec l'extérieur du fourl.

La distribution des fluides de traitements (débits mètres, vannes) et les mesures effectuées dans le four sont gérées typiquement par des régulateurs ou des

automates programmables.

Dans un mode de réalisation possible, le four 1 est fixe en déplacement horizontal et est disposé en hauteur par rapport au sol sur lequel il repose au

moyen d'une superstructure telle qu'une charpente 18.

Le bouchon 11 est monté mobile à translation en direction verticale et actionné par des moyens d'entraînement 19, 20, afin d'être élevé ou abaissé dans l'axe vertical du four 1. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, ces moyens d'entraînement comprennent dans la réalisation représentée deux colonnes de 5 guidage 19, verticales, et un support 20, horizontal, porté par les colonnes 19.

Le bouchon 11 est fixé sur le support 20. Les moyens d'entraînement comprennent en outre un ensemble moteur réducteur et une crémaillère, ou tout autre moyen tel que vis à bille, chaîne poussante, vérin etc., analogue, ayant pour fonction d'élever ou d'abaisser le support 20 et donc le bouchon 1. 10 Dans une réalisation possible, on ne creuse aucune fosse destinée à placer les moyens d'entraînement, de manière à réduire les cots de génie civil lié à

l'implantation de l'installation.

Les moyens d'entraînement 19, 20 sont agencés et en particulier dimensionnés 15 pour permettre de lever et d'abaisser le bouchon 11 et la charge 5 une fois celle

-ci placée sur le bouchon 11. Le poids total varie de typiquement de 50 kg à plusieurs tonnes selon la dimension du four. En général, on associe le déplacement de montée et de descente du bouchon 11 à un moyen de contrôle de position à l'aide par exemple d'un codeur, pour permettre de positionner le 20 bouchon avec précision tout au long de sa course.

La hauteur d'éloignement du four 1 par rapport au sol est adaptée à la hauteur H de la charge 5 de manière à pouvoir disposer la charge sur le bouchon 11 une fois que celui-ci a été abaissé dans sa position inférieure. 25 Préférentiellement, on cherche à minimiser la hauteur générale de l'installation,

en ajustant au mieux la distance du sol au four 1.

La mise en place et l'enlèvement de la charge 5 sur le bouchon 11 est réalisé typiquement en position basse du bouchon 11, à l'aide d'un transpalette ou d'un 30 robot de chargement selon le degré d'automatisation souhaité.

1 1 Le bouchon 11 est également doté d'un dispositif de rotation sans le plan horizontal, selon l'axe du four 1, sur 360 'C. Ce dispositif de rotation comprend par exemple un roulement 21, une crémaillère circulaire ou un grand pignon 22 entraîné par un moteur réducteur 23 muni d'un pignon 24. D'autres modes de 5 réalisation sont également envisageables. Comme pour les moyens d'entraînement 19, 20, un codeur incrémental ou absolu peut être utilisé pour contrôler la position angulaire du bouchon 11. Dans une réalisation, la rotation du bouchon 11 par rapport au four 1 ou par rapport au support 20 peut intervenir sur toute la course verticale du bouchon 11, le dispositif de rotation et 10 son actionneur étant embarqués sur le bouchon 11. Dans une autre réalisation, la rotation du bouchon peut n'être pas actionnée en tout point de sa course verticale.

A sa base, le four 1 est équipé d'un vestibule 25 solidaire de l'enceinte 8 ou de 15 la carcasse 2 s'il n'y a pas d'enceinte.

Le vestibule 25 est ouvert vers le bas.

Le vestibule 25 est relié à l'enceinte 8 ou à la carcasse 2, respectivement, au

moyen par exemple d'un système de joint étanche aux gaz 26.

Le vestibule 25 peut être considéré comme un prolongement du four 1, 20 respectivement de son enceinte 8 ou de sa carcasse 2, vers le bas.

Le vestibule 25 s'étend verticalement sous le four 1 sur une hauteur comprise typiquement entre 100 mm et la distance séparant le bas du four au sol. Par

exemple, on peut envisager pour le vestibule une hauteur d'environ 300 mm.

Le vestibule 25 peut être formé par exemple par une sorte de virole en tôle 25 d'acier roulée ou pliée, isolée thermiquement ou non, chauffé ou non.

Le vestibule 25 est agencé pour permettre le passage de la plaque support 7 et

du bouchon 11 lors de la montée ou de la descente du bouchon i1.

La partie inférieure du vestibule 25 est agencée pour éviter que du gaz ne reste piégé dans le vestibule 25. Par exemple, elle est dépourvue de moyens 30 d'étanchéité.

Le vestibule 25 comprend également une ou au moins une ouverture latérale 27 dont la fonction est de permettre de prélever une ou des pièces 6 de la charge 5 pour les amener sur la ou les presses de trempe. Eu égard à sa fonction, l'ouverture 27 est d'une dimension suffisante pour permettre le passage des pièces 6. L'ouverture 27 est pratiquée dans la partie supérieure du vestibule, la plus

proche du four 1.

Dans une réalisation possible, l'ouverture 27 est garnie d'une porte 28 ou d'un rideau montée mobile par pivotement ou coulissement au moyen par exemple 10 d'un vérin pneumatique 29 porté par la paroi du vestibule 25 pour pouvoir ouvrir ou fermer l'ouverture 27. Cette porte 28 peut par exemple rouler sur une partie de la paroi du vestibule en étant guidée par un dispositif de rails et de roulettes 30. Lors de l'ouverture du bouchon 11 du four 1, l'alimentation du four 1 en gaz de traitement au travers du ou des injecteurs 16 est maintenue, ce qui permet d'éviter que de l'air dommageable à la qualité des pièces 6 ne rentre dans le

four 1 en créant une surpression.

Si des gaz de traitement inflammables sont utilisés, un allumeur 31 disposé à 20 proximité immédiate du bas du four 1, voire de l'extrémité inférieure du vestibule 25, est utilisé pour permettre de créer un rideau de flammes qui

prévient une possible intrusion d'air dans le four 1.

La liaison étanche 26 entre le vestibule 25 et l'enceinte 8 (ou la carcasse 3) 25 permet, lors de l'ouverture du bouchon 11 de déplacer l'interface entre

l'atmosphère du four 1 et l'air ambiant de la hauteur axiale du vestibule 25.

Ainsi, à chaque ouverture du bouchon 11, le volume délimité par le vestibule

est rempli par les gaz du four 1.

Selon une réalisation (voir figure 2), il existe un joint 32 disposé sur la porte 28 30 ou sur la paroi du vestibule 25 pour assurer l'étanchéité aux gaz lorsque la

porte 28 est fermée sous l'action de son vérin d'entraînement.

Selon une réalisation, il est prévu un dispositif manuel d'ouverture de la porte 28. Dans certains cas, notamment pour des fours de grands diamètres (plus de 5 1000 mm de diamètre), on peut prévoir une alimentation en gaz de protection directement dans le vestibule 25 au moyen par exemple d'un injecteur supplémentaire 33 représenté ici sous la forme d'un anneau comportant des

trous ou des buses d'injection.

La construction du vestibule 25 permet d'amener les pièces 6 dans le vestibule

par abaissement du bouchon 11 ou par élévation du four 1. Le four 1 est, selon les réalisations, fixe ou mobile en déplacements horizontal et/ou vertical.

Dans tous les cas, l'installation est telle que le vestibule 25 permet un mouvement relatif avec le bouchon 11 du four. 15

On décrit maintenant le fonctionnement de l'installation selon l'invention.

Dans un premier temps, le four 1 est vide et fermé en partie inférieure par le

bouchon 1 1.

On abaisse le bouchon 11 grâce aux moyens d'entraînement 19, 20 mis en 20 oeuvre à cet effet pour l'amener dans sa position inférieure.

Le bouchon 11 étant dans sa position inférieure, on place sur lui la charge 5 (figure 5a) préalablement constituée avec les pièces à traiter 6 grâce aux

moyens prévus à cet effet (transpalette, robot...).

On élève alors le bouchon 11 et donc la charge 5 (figure 5b) qu'il supporte 25 grâce aux moyens d'entraînement 19, 20 mis en oeuvre à cet effet pour amener le bouchon dans sa position supérieure dans laquelle il ferme le four 1 (figure 5c). De plus, la charge 5 est ainsi amenée dans la partie centrale interne du four 1 formant espace de réception. Dans cette situation, la porte 28 de

l'ouverture 27 est fermée.

On met alors en oeuvre les brleurs à gaz 4 ou autres éléments analogue destinés à amener la charge 5 à la température requise par le traitement thermochimique. Si un traitement thermochimique est requis, il se déroule une fois que les pièces 6 de la charge ont atteint la température de traitement. Ces 5 traitements thermochimiques sont généralement de longues durées typiquement de 3 à 48 heures.

A la fin du traitement thermochimique, on conditionne l'atmosphère du four 1 en vue de passer à l'étape de trempe. Dans ce cas, les gaz de traitement se limitent à un rôle de protection pour éviter que la composition de la surface des 10 pièces 6 ne soit modifiée. On utilise typiquement soit une atmosphère neutre comme de l'azote, des mélanges d'azote d'hydrogène de méthane, d'ammoniac, soit des atmosphère contrôlées comme du gaz endothermique dont on règle le pouvoir oxydant ou carburant par des ajouts de propane ou d'air. Une fois le traitement thermochimique et de trempe terminé, on ouvre le bouchon 11 en l'abaissant (figure 6a). Les gaz detraitement remplissent alors le vestibule 25 pour former une interface avec l'air se trouvant à l'extrémité

inférieure du vestibule 25.

On abaisse le bouchon 11 et la charge 5 (figure 6b) grâce aux moyens 20 d'entraînement 19, 20 mis en oeuvre à cet effet de manière à amener les pièces 6 disposées sur le premier plateau intermédiaire 34' horizontalement en face de l'ouverture latérale 27 ménagée dans le vestibule 25. Par premier plateau intermédiaire 34', il est entendu le plateau le plus proche du bouchon

11 et supportant des pièces 6.

Les pièces 6 situées dans le vestibule 25 sont protégées d'une altération de surface par les gaz de traitement qui s'y trouvent. Les pièces 6 des niveaux supérieures sont également protégées par l'atmosphère du four et sont situées pour la plupart dans une zone chauffée, ce qui signifie qu'elles sont maintenues

à la température de travail.

On ouvre alors la porte 28 de l'ouverture 27 au moyen du vérin 29 (figure 6c) ou d'un autre moyen analogue. Dans cette situation, et par suite de l'abaissement du bouchon 11 et de la charge 5, il y a une pièce 6 située directement en regard de l'ouverture 27 alors ouverte. Dans cette situation, on est en mesure de saisir cette pièce au moyen de pinces ou grâce à un robot, depuis l'extérieur du

vestibule 25 et à travers l'ouverture 27 (figure 7a).

On peut alors retirer cette pièce 6 de la charge 5 et la sortir du vestibule 25 au moyen des pinces ou du robot et l'amener sous la presse à tremper. Cette opération ne dure que quelques secondes (figures 7b et 8)

On traite alors la pièce 6 en question, au moyen de la presse à tremper.

On ferme la porte 28 pour éviter une contamination de l'atmosphère du 10 vestibule 25.

En général, une installation de ce type comporte plusieurs fours et plusieurs presses à tremper. Suivant la disponibilité des presses à tremper et/ou la massivité ou le nombre des pièces 6 disposées sur le plateau 34', on peut 15 prévoir deux modes de fonctionnement.

Pour des pièces 6 massives, qui se refroidissent très peu lorsqu'elles sont positionnées dans le vestibule 25 non chauffé, on peut considérer que toutes les pièces 6 situées sur un même plateau 34 seront retirées sans que le bouchon 11 ne soit refermée, c'est à dire sans que les pièces 6 dudit plateau 34 20 ne soient ensuite replacées dans le four 1 par élévation du bouchon 11. Une fois la première pièce 6 retirée, le dispositif 21, 22, 23, 24 de rotation du bouchon 11 est mis en oeuvre (figure 9) de manière à opérer une rotation angulaire du bouchon Ilapte à permettre de présenter une autre pièce 6 en face de l'ouverture 27. Cette autre pièce peut être alors retirée. Le processus 25 est ainsi répété jusqu'à ce que toutes les pièces 6 du premier plateau 34' soient

retirées de l'installation.

Si la disponibilité des presses à tremper est insuffisante pour absorber rapidement les pièces à traiter, ou si celles-ci risquent de refroidir trop rapidement, le bouchon 11 est élevé pour replacer les pièces du plateau 34' 30 dans le four 1, respectivement dans la zone chauffée. Une fois les pièces

réchauffées, l'opération décrite ci-dessus se déroule à nouveau.

La rotation du bouchon 11 pour présenter les pièces 6 face à l'ouverture 27 peut être réalisée à toute hauteur située entre la position supérieure du bouchon 11 et celle correspondant à la mise en regard des pièces 6 du plateau considéré et de l'ouverture 27. Toutes les opérations qui viennent d'être exposées peuvent être commandées et contrôlées grâce à des logiciels de gestion de procédés, en associant à chaque pièce 6 une durée maximale de maintien dans le vestibule 25. 10 Une fois retirées toutes les pièces 6 d'un plateau 34, et selon la disponibilité de

la presse à tremper, le bouchon 11 est refermé.

L'opération se poursuit selon la même séquence (figure 10) jusqu'à ce que toutes les pièces 6 de tous les plateaux 34 soient retirées de la charge 5 et du 15 four 1.

L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit. Ainsi, on peut envisager que l'ensemble des plateaux 34 et du support 7 restent solidaires du bouchon 11 en production. Le chargement des pièces à traiter 6 20 se fait alors une à une selon un processus qui est l'inverse de celui décrit cidessus pour le déchargement. Dans ce cas, le chargement est réalisé au travers de l'ouverture 27, ou au travers d'une autre ouverture analogue prévue

à cette fin et disposée ailleurs sur la paroi du vestibule.

De même, le mouvement relatif d'élévation entre le four et le bouchon peut être 25 inversé, le four 1 muni de son vestibule 25 étant doté de moyens d'entraînement analogues aux moyens 19, 20 décrits et déplacé en translation vers le haut et vers le bas. Dans cette réalisation, le bouchon 11 reste à la même position verticale. Il peut conserver son dispositif de rotation 21, 22, 23, 24. On décrit maintenant à une deuxième réalisation possible de l'installation en

référence aux figures 4a, 4b, 4c et 4 d.

Dans cette deuxième réalisation, le four 1 est également disposé en position supérieure, mais il est mobile horizontalement en translation latérale au moyen 5 par exemple de roues 35 montées roulantes sur une voie qui, dans une réalisation se présente sous la forme de moyens de guidage tels que des rails 36. Les moyens de déplacement 35, 36 permettent au four 1 de venir se placer au dessus de différentes stations 37 situées en partie inférieure. L'entraînement du four 1 peut être réalisé par un ensemble moteur et crémaillère ou par tout 10 autre moyen analogue.

Un dispositif de verrouillage est disposé dans le four 1. Ce dispositif comprend dans la réalisation considérée des moyens saillants 38. Les moyens saillants 38 sont agencés et aptes à recevoir le support 7 de la charge 5 et ainsi à supporter 15 celle-ci. Ils permettent ainsi le verrouillage de la charge 5. L'ancrage de la charge 5 dans le four 1 peut être réalisé par des déplacement latéraux ou rotatifs relatifs du four 1 et du bouchon 11 ou par une rotation des moyens

saillants 38.

Le dispositif de verrouillage permet de maintenir la charge 5 dans le four 1 20 lorsque l'on retire le bouchon 39 qui ferme le four 1 à sa base. Le bouchon 39 est généralement analogue au bouchon 11 précédemment décrit. Comme précédemment dans la réalisation correspondante, le bouchon 39 est muni de

moyens d'entraînement pour assurer son levage ou son abaissement 40.

Comme indiqué, l'installation peut comporter en outre une ou plusieurs stations

37 qui s'étendent sous l'axe horizontal de déplacement du ou des fours 1, outre les fours 1 mobiles horizontalement. Ces stations 37 peuvent être par exemple des bacs de trempe contant des fluides liquides ou gazeux (figure 4d).

Ces stations 37 sont munies classiquement d'un élévateur autonome 41 dont la 30 course est adaptée pour permettre de transférer la charge 5 de sa position dans le four 1 jusqu'à sa position dans l'une des stations inférieures 37. Comme cela résulte de la figure 4a, le ou les fours 1 sont mobiles au dessus des stations inférieures 37 pour permettre de transférer les charges 5 dans l'une ou l'autre

desdites stations inférieures.

On se réfère maintenant à la figure 4c qui illustre une réalisation d'installation qui comporte en outre au moins une station spécifique 42 destinée à la trempe sous presse. Cette station 42 comporte un ensemble bouchon rotatif 43 muni de ses moyens d'entraînement 44, lesquels sont analogues à ceux 19, 20, déjà

décrits en relation avec la première réalisation de la figure 1.

La station de trempe sous presse 42 comporte également un vestibule 45 analogue au vestibule 25 de la première réalisation de la figure 1, muni d'une ouverture latérale 46 et d'une porte 47 mais ouvert à la fois vers le haut et vers

le bas.

A sa partie extrême supérieure, le vestibule 45 comporte un système de joint d'étanchéité aux gaz 48 qui permet d'assurer l'étanchéité entre le four 1 et le vestibule 44 une fois que le four 1 a été placé au dessus de la station de trempe sous presse 42. Cette disposition permet de transférer la charge 5 sur le bouchon 43 de la station de trempe sous presse 42. Plusieurs variantes de 20 réalisation à la portée de l'Homme du métier peuvent être envisagées pour assurer l'étanchéité en aménageant un petit écartement de l'ordre de quelques millimètres par exemple entre le plan inférieur du four et le système de joint 48 pour permettre le déplacement du four 1: joint gonflable, joint statique de type brosse, mouvement vertical relatif four et du vestibule, etc. Une fois de four 1 et le vestibule 45 placés en superposition et accouplés de manière étanche au moyen du système de joint 48, on retrouve une disposition analogue à celle déjà décrite en relation avec la première réalisation de la figure 1.

Les opérations de trempe sous presse, ou plus exactement d'évacuation des 30 pièces du four, se font d'une manière analogue à ce qui a déjà été décrit.

L'invention permet une rationalisation de la production et une flexibilité inégalée jusqu'ici. En effet une installation peut comporter typiquement plusieurs fours statiques ou mobiles, plusieurs stations de trempe avec des fluides ou sous presse.

Par opposition aux techniques connues, l'invention, par son caractère modulaire, permet d'adapter les variations de production ou la productivité en tout temps en ajoutant des modules ou en augmentant le nombre de procédés disponibles (multiples possibilités de trempe, multiples procédés 10 thermochimiques, etc.).

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Procédé de traitement thermique de pièces métalliques (6) agencées en charge (5) dans lequel successivement on amène la charge (5) de pièces (6) 5 dans un four (1) de traitement vertical apte à être ouvert vers le bas, on ferme le four (1) au moyen d'un bouchon de fermeture (11) apte à supporter la charge (5), on assure alors le traitement thermique souhaité réalisé par le four (1), et une fois ce traitement réalisé, on ouvre le bouchon (11) caractérisé en ce que l'on crée entre l'ouverture du four et l'air ambiant une interface de gaz de 10 traitement dans un vestibule (25) , on amène une ou des pièces (6) de la charge (5) horizontalement en face d'une ouverture latérale (27) ménagée dans la paroi du vestibule (25), on saisit cette ou ces pièces (6) depuis l'extérieur à travers la dite ouverture, on retire cette ou ces pièces (6) de la charge (5) et on la sort du vestibule (25), de manière que la ou les pièces (6) situées dans le 15 vestibule (25) soient protégées d'une altération de surface par les gaz de

traitement qui s'y trouvent.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une fois la ou les pièces (6) retirées de la charge (5) et sorties du vestibule (25), on les traite au 20 moyen d'une presse (42) à tremper.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on amène une ou des pièces (6) de la charge (5) horizontalement en face d'une ouverture latérale (27) ménagée dans la paroi du vestibule (25) en 25 assurant un mouvement relatif entre le bouchon (11) supportant la charge (5) et

le four (1).

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on retire les pièces (6) d'un même niveau de la charge (5) et on les sort du

vestibule (25) successivement en faisant pivoter le bouchon (11) supportant la

charge (5).

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce 5 que l'on réitère l'opération consistant à amener une pièce (6) en face de l'ouverture latérale (27) du vestibule (25), à saisir cette pièce (6) depuis l'extérieur, à retirer cette pièce de la charge (5) et à la sortir du vestibule (25), successivement pour chaque pièce (6) ou chaque groupe de pièces à traiter au

moyen de la presse (42) à tremper.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce pour amener la charge (5) de pièces (6) dans le four (1), on ouvre le bouchon (11) et on l'écarte en dessous du four (1), on amène la charge (5) sur le bouchon (11), et on assure un mouvement relatif du bouchon (11) par rapport 15 au four (1) correspondant à une élévation du bouchon jusqu'à ce qu'il vienne

fermer la charge (5).

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce pour amener la charge (5) de pièces (6) dans le four (1), on amène les pièces 20 (6) sur la charge (5) à travers l'ouverture latérale (27) du vestibule (25) et on

réitère l'opération en opérant un déplacement relatif du bouchon (11) et du four

(1) jusqu'à ce que le bouchon (11) vienne fermer la charge (5).

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce 25 que l'on met en oeuvre un four fixe ou un four mobile en déplacement horizontal

et/ou vertical.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on maintient la charge (5) dans le four (1) lors du traitement thermique en 30 la reposant sur le bouchon (11) ou sur des moyens saillants (38) du four (1).

10. Installation de traitement thermique de pièces métalliques (6) agencées en charge (5) spécialement destinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, cette installation comportant au moins un 5 four (1) de traitement vertical apte à être ouvert vers le bas, fixe ou mobile en déplacements horizontal et vertical, un bouchon (11) de fermeture du four (1) apte à supporter la charge (5), un vestibule (25) s'étendant sous le four (1) et comportant une ouverture latérale (27), des moyens d'entraînement (19, 20) ayant pour fonction de permettre un mouvement relatif entre le bouchon (11) et 10 le four (1), des moyens d'extraction des pièces (6) traitées dans le four (1) à

travers l'ouverture latérale (27) du vestibule (25), et au moins une presse (42)

de trempe avec laquelle coopèrent les moyens d'extraction.

11. Installation de traitement thermique de pièces (6) métalliques agencées en 15 charge (5) comportant au moins un four (1) de traitement vertical apte à être ouvert vers le bas, fixe ou mobile en déplacements horizontal et vertical, un bouchon (11) de fermeture du four (1) apte à supporter la charge (5), un vestibule (25) s'étendant sous le four (1), ouvert vers le bas, fixe en déplacement horizontal, comportant au dessus de son bord inférieur une 20 ouverture latérale (27) ayant pour fonction de permettre l'extraction des pièces (6) de l'intérieur à l'extérieur du vestibule (25), des moyens d'entraînement (19, 20) permettant d'effectuer des mouvement verticaux relatifs entre le bouchon (11) et le four (1), des moyens d'extraction des pièces (6) traitées pour les retirer de la charge (5) et les sortir du vestibule (25), des moyens d'étanchéité 25 (26) aux gaz entre le four (1) et le vestibule (25) pour permettre au gaz de protection du four (1) de remplir le vestibule (25) une fois le four (1) ouvert, des moyens (16) pour injecter du gaz de protection lors de l'ouverture du four (1)

résultant de l'écartement de séparation du bouchon (11) et du four (1).

12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins une presse (42) de trempe avec laquelle coopèrent les

moyens d'extraction des pièces (6) du vestibule (25).

13. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisée en ce que l'ouverture latérale (27) du vestibule (25) comporte une

porte de fermeture (28).

14. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisée 10 en ce qu'elle comporte en outre un dispositif de rotation (21, 22, 23, 24) du

bouchon (11) par rapport à un axe de symétrie vertical.

15. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisée en ce que le ou les fours (1) sont disposés dans une position dite supérieure, 15 sont munis de moyens de maintien de la charge (38) en l'absence de bouchon

(11) et sont déplaçables horizontalement sur une voie.

16. Installation selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une ou des stations ou bacs de trempe (42) fixes comportant chacun 20 un élévateur autonome, et en ce que le ou les fours (1) sont déplaçables

horizontalement pour venir au dessus des stations ou bacs de trempe (42).

17. Installation selon la revendication 15, caractérisée en ce que le ou les fours (1) sont déplaçables au dessus d'au moins une station disposée dans une 25 position inférieure et comportant un vestibule (25) avec une ouverture (27), un

bouchon (11) et des moyens élévateurs (19, 20) dudit bouchon.

18. Installation selon la revendication 17 caractérisée en ce que l'étanchéité entre le ou les fours (1) et le ou les vestibules (25) est assurée par un

2845695 24

mouvement vertical relatif du four (1) et du vestibule (25) et d'un système de joint (26).