FR2926696A1 - INDUCTION HEATING METHOD OF METAL PARTS AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé et un dispositif (10) de chauffage par induction de pièces métalliques, dans lequel on porte lesdites pièces métalliques à une température déterminée à l'intérieur d'inducteurs (11) alimentés par des générateurs (12), en vue de les former au moyen d'une presse (17).Le dispositif (10) comporte au moins un inducteur individuel (11) associé à au moins un générateur (12) dédié à cet inducteur individuel (11) en vue de chauffer des pièces métalliques en les maintenant pendant un premier intervalle de temps déterminé dans ledit inducteur individuel (11) pour amener chaque pièce à sa température de formage. Il comporte en outre, au moins un inducteur d'homogénéisation (15) de la température agencé pour recevoir ladite pièce, pendant un deuxième intervalle de temps déterminé, après son séjour dans un inducteur individuel (11) pendant ledit premier intervalle de temps déterminé et avant de la déplacer sous une presse (17) en vue de son formage.The present invention relates to a method and a device (10) for induction heating of metal parts, in which said metal parts are carried at a determined temperature inside inductors (11) supplied by generators (12), in to form them by means of a press (17) .The device (10) comprises at least one individual inductor (11) associated with at least one generator (12) dedicated to this individual inductor (11) for heating metal parts by maintaining them during a first determined time interval in said inductor (11) to bring each piece to its forming temperature. It further comprises at least one temperature homogenizer (15) arranged to receive said part, during a second determined time interval, after its stay in an individual inductor (11) during said first determined time interval and before moving it under a press (17) for forming.
Description
PROCEDE DE CHAUFFAGE PAR INDUCTION DE PIECES METALLIQUES ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE INDUCTION HEATING METHOD OF METAL PARTS AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD
La présente invention concerne un procédé de chauffage par induction de pièces métalliques, dans lequel on porte lesdites pièces métalliques à une température déterminée à l'intérieur d'inducteurs alimentés par des générateurs, en vue de les transformer et notamment de les forger au moyen d'une presse. The present invention relates to a method of inductive heating of metal parts, in which said metal parts are carried at a predetermined temperature inside inductors fed by generators, with a view to transforming them and in particular forging them by means of 'a news.
L'invention concerne également un dispositif de chauffage par induction io de pièces métalliques, dans lequel lesdites pièces métalliques sont portées à une température déterminée à l'intérieur d'inducteurs alimentés par des générateurs, en vue de les transformer et notamment de les forger dans une presse, pour la mise en oeuvre du procédé. The invention also relates to a device for induction heating of metal parts, in which said metal parts are brought to a predetermined temperature inside inductors fed by generators, with a view to transforming them and in particular forging them into a press, for the implementation of the method.
is Dans les fours à induction connus, des pièces métalliques ou lopins sont habituellement introduits dans un tunnel associé à au moins un inducteur alimenté par un générateur, dans lequel lesdits lopins avancent linéairement selon l'axe du tunnel pour subir une élévation de température qui atteint finalement une valeur déterminée correspondant à la température de formage 20 des pièces. Ce procédé bien connu, appelé procédé de chauffage par induction au défilé, a l'avantage de se dérouler en continu, les pièces froides étant introduites à une extrémité du tunnel et les pièces chaudes étant extraites à l'extrémité opposée. La longueur du tunnel, la vitesse de défilement des pièces métalliques fréquemment appelées billettes et la puissance du générateur sont 25 calculées de telle manière que la température de formage soit atteinte lorsque les pièces sont extraites à la sortie du tunnel. In known induction furnaces, metal parts or plots are usually introduced into a tunnel associated with at least one inductor fed by a generator, wherein said slugs advance linearly along the axis of the tunnel to undergo a rise in temperature which reaches finally a determined value corresponding to the forming temperature of the pieces. This well-known method, called the parcel induction heating method, has the advantage of being continuous, the cold parts being introduced at one end of the tunnel and the hot parts being extracted at the opposite end. The length of the tunnel, the running speed of the metal parts frequently called billets and the power of the generator are calculated in such a way that the forming temperature is reached when the pieces are extracted at the exit of the tunnel.
L'un des problèmes que l'on rencontre avec ce type de fours à induction au défilé est lié au fait qu'il est difficile de maîtriser l'ensemble des paramètres: 30 vitesse de défilement, longueur du tunnel, donc temps de séjour, puissance du four, etc., de sorte que les aléas de cycles génèrent des disparités de température d'un lopin au suivant. On ne peut pas garantir une uniformité de 2 2926696 température d'un lopin à un autre. Les températures des différents lopins se situent dans une fourchette de valeurs qui peut être relativement étendue, ce qui peut avoir des conséquences sur la qualité des produits formés. One of the problems encountered with this type of induction furnace parade is related to the fact that it is difficult to control all the parameters: speed of travel, length of the tunnel, therefore residence time, power of the oven, etc., so that the hazards of cycles generate temperature disparities from one piece to the next. Temperature uniformity can not be guaranteed from one billet to another. The temperatures of the different plots are in a range of values which can be relatively extensive, which can have consequences on the quality of the products formed.
5 En outre, en cas d'arrêt de la production, suite par exemple à un incident sur une presse, tous les lopins présents dans le tunnel doivent être extraits en vue d'un recyclage. En effet, s'ils étaient maintenus dans le tunnel pendant la durée de l'incident, certains lopins atteindraient la température de fusion, alors que d'autres seraient trop froids pour pouvoir être formés. Un arrêt de lo l'alimentation de la presse en lopins chauffés entraîne une perte de temps, donc une perte de production, ce qui est préjudiciable au bon déroulement du rythme de production et réduit la productivité d'une installation. In addition, in case of production stoppage, for example following an incident on a press, all the pieces in the tunnel must be extracted for recycling. Indeed, if they were kept in the tunnel during the duration of the incident, some plots would reach the melting temperature, while others would be too cold to be able to be formed. Stopping the feed of the press in heated plots leads to a loss of time and therefore a loss of production, which is detrimental to the smooth running of the production rate and reduces the productivity of an installation.
Un autre inconvénient qui est lié à ce procédé de chauffage par induction 15 au défilé est celui de la non uniformité de la température des lopins. En effet, le chauffage par induction consiste à chauffer le lopin à coeur, de sorte que la répartition de la température dans la pièce n'est pas uniforme et l'on constate des décalages élevés entre le coeur de la pièce et sa surface périphérique. Les sondes de mesures par rayonnement infrarouge ne mesurent que la température 20 de la surface, de sorte que, même lorsque l'on constate que la température de la surface est égale à la température de consigne, la température au coeur de la pièce peut être sensiblement plus basse. La conséquence en est que la presse doit être plus puissante pour pouvoir former une pièce à partir d'un lopin sensiblement plus froid au coeur qu'il ne l'est en surface. 25 La présente invention se propose de pallier l'ensemble de ces inconvénients en concevant un procédé qui permet à la fois de gérer individuellement la montée en température des lopins, qui permet d'organiser le maintien en température des lopins pendant un arrêt de production dû à un 30 incident survenant en aval du four de chauffage par induction et qui permet d'assurer une homogénéité de la température dans toute la pièce. Another drawback which is related to this method of induction heating parade is that of the non-uniformity of the temperature of the slugs. Indeed, the induction heating consists of heating the billet to the core, so that the distribution of the temperature in the room is not uniform and there are high offsets between the core of the room and its peripheral surface. Infrared radiation measuring probes measure only the temperature of the surface, so that even when it is found that the temperature of the surface is equal to the set temperature, the temperature in the center of the room can be significantly lower. The consequence is that the press must be more powerful to be able to form a piece from a slug substantially colder in the heart than it is on the surface. The present invention proposes to overcome all of these drawbacks by designing a method that allows both to individually manage the rise in temperature of the slugs, which makes it possible to organize the temperature maintenance of the slugs during a production shutdown due to to an incident occurring downstream of the induction heating furnace and which ensures homogeneity of the temperature throughout the room.
Ce but est atteint par le procédé selon l'invention, caractérisé en ce que l'on procède au chauffage individuel de chacune des pièces métalliques au moyen d'un inducteur individuel associé à au moins un générateur dédié à cet inducteur individuel, en maintenant lesdites pièces pendant un premier intervalle de temps déterminé dans ledit inducteur individuel pour amener chaque pièce à sa température de formage. Selon un mode de réalisation avantageux, après le séjour d'une pièce dans un inducteur individuel pendant ledit premier intervalle de temps déterminé, This object is achieved by the method according to the invention, characterized in that the individual heating of each of the metal parts is carried out by means of an individual inductor associated with at least one generator dedicated to this individual inductor, while maintaining said parts during a first determined time interval in said individual inductor to bring each piece to its forming temperature. According to an advantageous embodiment, after the residence of a room in an individual inductor during said first determined time interval,
io on dispose ladite pièce dans un inducteur d'homogénéisation de la température, pendant un deuxième intervalle de temps déterminé avant de la déplacer sous une presse en vue de son formage. D'une manière préférentielle l'on introduit chacune des pièces the said piece is placed in a homogenisation inducer of the temperature for a second determined time interval before moving it under a press for the purpose of forming it. Preferably one introduces each of the parts
15 métalliques dans l'inducteur individuel correspondant au moyen de premiers moyens de transfert, en ce que l'on extrait chacune des dites pièces métalliques, après ledit premier intervalle de temps déterminé au moyen de deuxièmes moyens de transfert de transfert qui les introduit dans ledit inducteur d'homogénéisation et en ce que l'on extrait chacune des dites pièces métalliques, In the individual inductor corresponding by means of first transfer means, in that each of said metal pieces is extracted after said first determined time interval by means of second transfer transfer means which introduces them into said homogenisation inductor and in that each of said metal parts is extracted,
20 après ledit deuxième intervalle de temps déterminé au moyen de troisièmes moyens de transfert qui la met sous une presse en vue de son formage. Ce but est également atteint par le dispositif de chauffage par induction selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un inducteur 20 after said second time interval determined by means of third transfer means which puts it under a press for its forming. This object is also achieved by the induction heating device according to the invention, characterized in that it comprises at least one inductor
25 individuel associé à au moins un générateur dédié à cet inducteur individuel en vue de chauffer des pièces métalliques en les maintenant pendant un premier intervalle de temps déterminé dans ledit inducteur individuel, pour amener chaque pièce à sa température de formage. 30 Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif comporte au moins un inducteur d'homogénéisation de la température, agencé pour recevoir ladite pièce, pendant un deuxième intervalle de temps déterminé, après son séjour 15 4 2926696 dans un inducteur individuel pendant ledit premier intervalle de temps déterminé et avant de la déplacer sous une presse en vue de son formage. An individual inductor associated with at least one generator dedicated to this inductor for heating metal parts by maintaining them during a first determined time interval in said inductor, to bring each piece to its forming temperature. According to a preferred embodiment, the device comprises at least one temperature homogenizer, arranged to receive said part, during a second determined time interval, after its stay in an individual inductor during said first interval. determined time and before moving it under a press for its forming.
D'une manière particulièrement avantageuse, le dispositif comporte des 5 premiers moyens de transfert pour introduire chacune des pièces métalliques dans un inducteur individuel, des deuxièmes moyens de transfert pour extraire chacune des dites pièces métalliques, après ledit premier intervalle de temps déterminé et pour les introduire dans ledit inducteur d'homogénéisation et des troisièmes moyens de transfert pour retirer lesdites pièces métalliques, après ledit deuxième intervalle de temps déterminé, et pour les amener sous une presse en vue de leur formage. In a particularly advantageous manner, the device comprises first transfer means for introducing each of the metal parts into an individual inductor, second transfer means for extracting each of said metal parts, after said first predetermined time interval and for the introducing into said homogenizing inductor and third transfer means for removing said metal parts, after said second predetermined time interval, and to bring them under a press for their forming.
Selon une forme de réalisation particulière, les dits premiers, deuxièmes et troisièmes moyens de transfert comportent chacun un robot indépendant. De façon avantageuse, ledit inducteur d'homogénéisation de la température des pièces métalliques comporte au moins un générateur dédié à cet inducteur. According to a particular embodiment, said first, second and third transfer means each comprise an independent robot. Advantageously, said inductor for homogenizing the temperature of the metal parts comprises at least one generator dedicated to this inductor.
20 Ledit générateur dudit inducteur d'homogénéisation de la température des pièces métalliques comporte avantageusement au moins une bobine d'induction logée dans un espace central délimité par deux joues latérales. Said generator of said inductor for homogenizing the temperature of the metal parts advantageously comprises at least one induction coil housed in a central space delimited by two lateral flanges.
Ledit générateur dudit inducteur d'homogénéisation de la température 25 des pièces métalliques comporte de préférence un circuit de fluide de refroidissement en vue de réguler la température à l'intérieur de l'inducteur. Said generator of said inductor for homogenizing the temperature of the metal parts preferably comprises a cooling fluid circuit for regulating the temperature inside the inductor.
Le dispositif peut comporter plusieurs inducteurs d'homogénéisation de la température des pièces métalliques afin de permettre d'uniformiser la 30 température de plusieurs pièces métalliques avant leur formage, par exemple sous une presse. 5 2926696 La présente invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée d'une forme de mise en oeuvre préférée du procédé de l'invention, et d'une forme de réalisation avantageuse du dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, en référence aux dessins annexés donnés à titre indicatif 5 et non limitatif, dans lesquels : The device may comprise several inductors for homogenizing the temperature of the metal parts in order to make it possible to standardize the temperature of several metal parts before they are formed, for example under a press. The present invention and its advantages will be better understood on reading the detailed description of a preferred embodiment of the method of the invention, and an advantageous embodiment of the device for carrying out the invention. this method, with reference to the appended drawings given for information and not limitation, in which:
- la figure 1 est une vue d'ensemble en perspective représentant une forme de réalisation avantageuse du dispositif selon l'invention, FIG. 1 is an overall perspective view showing an advantageous embodiment of the device according to the invention,
io - la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de la figure 1, et FIG. 2 is a view from above of the device of FIG. 1, and
les figures 3A, 3B, 3C et 3D représentent des vues, respectivement en perspective partielle, en coupe longitudinale, de dessous et en coupe transversale d'un inducteur d'homogénéisation. FIGS. 3A, 3B, 3C and 3D show views, respectively in partial perspective, in longitudinal section, from below and in cross-section of a homogenization inductor.
En référence aux figures 1 et 2, le dispositif selon l'invention comprend une installation 10 équipée d'au moins une ligne de chauffage par induction destinée à porter à une température de formage des pièces métalliques appelées lopins 30 (voir figure 3C). A cet effet, cette ligne comporte un ensemble d'inducteurs individuels 11 associés chacun à au moins un générateur 12 dédié à un inducteur individuel 11 correspondant. Elle comporte en outre un premier moyen de transfert 13 pour introduire chacun des lopins provenant d'une source d'approvisionnement (non représentée), dans un inducteur individuel 11. Ce premier moyen de transfert 13 est constitué, dans l'exemple représenté, par un robot suspendu, mais il pourrait bien entendu comporter n'importe quel autre équipement approprié pour effectuer les mêmes fonctions. Les inducteurs 11 peuvent avoir des caractéristiques constructives spécifiques, selon la taille et la forme des lopins à traiter, et sont pilotés individuellement. Les lopins sont introduits dans les inducteurs 11 individuellement, les uns après les autres, chauffés selon une puissance déterminée et y séjournent pendant un premier intervalle de temps calculé pour qu'ils atteignent la température adéquate. Ils sont extraits des inducteurs individuels 11 au moment où ils ont atteint la température 6 2926696 souhaitée par un deuxième moyen de transfert 14 également constitué, dans l'exemple représenté, par un robot suspendu. Comme précédemment, ce deuxième moyen de transfert 14 pourrait comporter n'importe quel autre équipement approprié pour effectuer les mêmes fonctions. 5 Le robot suspendu, constituant ledit deuxième moyen de transfert 14 est agencé pour transférer les lopins chauffés dans les inducteurs individuels 11, vers au moins un inducteur d'homogénéisation 15, associé à un générateur 15a, qui définit un espace intérieur maintenu à une température fixe, dite de consigne. io Le lopin qui est introduit dans ledit inducteur d'homogénéisation 15 à la sortie d'un inducteur individuel 11, présente une température qui n'est pas forcément uniforme ou qui n'est pas exactement égale à la température de formage. II est maintenu dans l'inducteur d'homogénéisation 15 pendant un deuxième intervalle de temps suffisant pour que sa température devienne absolument uniforme du 15 coeur à la surface périphérique et pour que cette température soit absolument égale à la température de consigne correspondant à la température optimale pour le formage. With reference to FIGS. 1 and 2, the device according to the invention comprises a plant 10 equipped with at least one induction heating line intended to bring metal parts called plots 30 to a forming temperature (see FIG. 3C). For this purpose, this line comprises a set of individual inductors 11 each associated with at least one generator 12 dedicated to a corresponding inductor 11. It further comprises a first transfer means 13 for introducing each of the slugs from a supply source (not shown) into an individual inductor 11. This first transfer means 13 is constituted, in the example shown, by a hanging robot, but it could of course include any other appropriate equipment to perform the same functions. The inductors 11 may have specific constructive characteristics, depending on the size and shape of the plots to be treated, and are controlled individually. The slugs are introduced into the inductors 11 individually, one after the other, heated to a specific power and remain there for a first time interval calculated to reach the proper temperature. They are extracted from the individual inductors 11 when they have reached the desired temperature 2926696 by a second transfer means 14 also constituted, in the example shown, by a suspended robot. As before, this second transfer means 14 could include any other suitable equipment to perform the same functions. The suspended robot constituting said second transfer means 14 is arranged to transfer the heated slugs in the individual inductors 11 to at least one homogenizer 15, associated with a generator 15a, which defines an interior space maintained at a temperature fixed, called deposit. The billet which is introduced into said homogenizer 15 at the output of an individual inductor 11 has a temperature which is not necessarily uniform or which is not exactly equal to the forming temperature. It is maintained in the homogenization inducer 15 for a second time interval sufficient for its temperature to become absolutely uniform from the core to the peripheral surface and for this temperature to be absolutely equal to the set temperature corresponding to the optimum temperature. for forming.
L'installation 10 peut comporter plusieurs inducteurs d'homogénéisation 20 15, associés respectivement à plusieurs générateurs 15a, si l'installation le nécessite. Cet agencement permet à la fois de garantir l'uniformité de la température des lopins à former, mais permet également de maintenir des lopins préchauffés, à une température sensiblement constante, en cas d'incident sur la presse ou en aval de l'inducteur d'homogénéisation 15, pendant le temps 25 nécessaire à la remise en route de l'installation. The installation 10 may comprise several homogenization inductors 20 15 associated respectively with several generators 15a, if the installation requires it. This arrangement makes it possible at the same time to guarantee the uniformity of the temperature of the slugs to be formed, but also makes it possible to keep preheated plots at a substantially constant temperature in the event of an incident on the press or downstream of the inductor. homogenization 15 during the time necessary to restart the installation.
Comme tous les inducteurs, à la fois les inducteurs individuels 11 et les inducteurs d'homogénéisation 15 sont pilotés de manière indépendante, la puissance électrique, le temps de séjour des lopins et par conséquent la 30 température au moment de l'extraction finale en vue de leur transfert sous la presse de formage peuvent être commandés avec une grande précision. Le transfert final des lopins portés intégralement à la température souhaitée à la sortie de l'inducteur d'homogénéisation 15, est pris en charge par un troisième moyen de transfert 16, qui est, comme précédemment constitué dans l'exemple représenté, par un robot suspendu. Ce troisième moyen de transfert 16 est agencé pour amener un lopin chauffé comme il le convient dans une machine 17 (représentée schématiquement) destinée à le transformer, par exemple une presse, un laminoir ou similaire. Like all inductors, both the individual inductors 11 and the homogenization inductors 15 are independently driven, the electric power, the residence time of the slugs and therefore the temperature at the time of final extraction in order to their transfer under the forming press can be ordered with great precision. The final transfer of the plots wholly carried to the desired temperature at the output of the homogenization inductor 15, is supported by a third transfer means 16, which is, as previously constituted in the example shown, by a robot suspended. This third transfer means 16 is arranged to bring a billet heated as appropriate in a machine 17 (shown schematically) to transform it, for example a press, a rolling mill or the like.
Les figures 3A, 3B, 3C et 3D représentent un inducteur d'homogénéisation 15 comprenant deux joues latérales 20a et 20b qui définissent io un espace central dans lequel les lopins 30 sont chauffés et deux fermetures d'extrémité 21a et 21 b qui ferment l'espace intérieur de l'inducteur d'homogénéisation 15. Cet espace intérieur contient au moins une bobine d'induction 15b qui constitue le générateur 15a mentionné précédemment. La fermeture d'extrémité 21 b porte deux embouts 22a et 22b respectivement 15 d'arrivée et de sortie de fluide de refroidissement, par exemple de l'eau, qui sont raccordés à des tubulures 23a et 23b reliées à un circuit de circulation du fluide de refroidissement 24. Ce circuit de refroidissement 24 comporte un certain nombre de conduits 24a et 24b, sensiblement verticaux, qui sont respectivement greffés sur les tubulures 23a et 23b pour refroidir le générateur 15a constitué d'un 20 tube isolé formé en spirale et qui définit un espace cylindrique dans lequel sont disposées en ligne les pièces métalliques 30 ou lopins. FIGS. 3A, 3B, 3C and 3D show a homogenizing inductor 15 comprising two lateral cheeks 20a and 20b which define a central space in which the slats 30 are heated and two end closures 21a and 21b which close the internal space of the homogenization inductor 15. This interior space contains at least one induction coil 15b which constitutes the generator 15a mentioned above. The end closure 21b carries two end-pieces 22a and 22b respectively 15 of inlet and outlet of cooling fluid, for example water, which are connected to tubings 23a and 23b connected to a circulation circuit of the fluid. This cooling circuit 24 comprises a number of substantially vertical ducts 24a and 24b which are respectively grafted onto the pipes 23a and 23b to cool the generator 15a consisting of a spirally insulated tube which defines a cylindrical space in which are disposed in line the metal parts 30 or slugs.
La bobine d'induction 15b et le circuit de refroidissement 24 permettent d'assurer une régulation précise de la température à l'intérieur de l'inducteur 25 d'homogénéisation 15 et d'amener ou de maintenir les lopins qu'il contient à la température souhaitée. The induction coil 15b and the cooling circuit 24 make it possible to precisely regulate the temperature inside the homogenization inductor 15 and to bring or maintain the slugs it contains to the desired temperature.
Les pièces métalliques 30 sont introduites dans ledit espace cylindrique par les ouvertures d'extrémité. Ces pièces peuvent circuler ou séjourner 30 statiquement pendant un temps déterminé dans cet espace. L'introduction et le retrait s'effectuent par les robots de manipulation.The metal parts 30 are introduced into said cylindrical space through the end openings. These parts can circulate or remain statically for a given time in this space. The introduction and the withdrawal are carried out by the handling robots.
8 2926696 L'installation 10 représentée remplit intégralement les objectifs fixés de sorte que l'invention répond au problème technique posé. Certains composants pourraient être modifiés au point de vue de leur conception et de leur construction. Néanmoins, toutes les modifications qui ne modifient en rien les s principes fondamentaux et les fonctionnalités de l'installation décrite et définie par les revendications ne sortent pas du champ de protection de la présente invention. The illustrated installation 10 completely fulfills the objectives set so that the invention responds to the technical problem posed. Some components could be modified from the point of view of their design and construction. Nevertheless, any modifications that do not alter the fundamental principles and functionalities of the installation described and defined by the claims do not go beyond the scope of the present invention.
Claims (11)
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