Installation de traitements thermochimiques à températures et atmosphères différentes, notamment pour l'industrie automobile

Abstract

 installation de traitements thermo-chimiques à températures et atmosphères différentes, caractérisée en ce qu'elle comporte successivement:

- une table de chargement (10) qui assure l'alimentation de l'installation en charges à traiter (22);

- au moins un module four basse température (12);

- au moins un module four haute température (14), recevant les charges provenant du module four a basse température;

- un module bac de trempe (16);

- au moins un sas (18) commun aux différents modules de traitement, ce sas étant conçu de façon à assurer les transferts des charges entre les modules basse et haute température et le module bac de trempe, sous atmosphère de protection;

- des mécanismes de transfert de charges, assurant une alimentation continue en charges à traiter et leur évacuation après traitement; et,

- des moyens assurant une distribution et une régulation des différentes atmosphères des fours.

Description

[0001] La présente invention est relative à une installation conçue de façon à assurer en continu des traitements thermochimiques, tels que, notamment : cémentation gazeuse, carbonitruration gazeuse, nitruration, etc.

[0002] A l'heure actuelle, ces traitements sont réalisés soit dans des fours à charge, soit dans des fours à une ou deux chambres, ou bien en lignes continues à plateaux poussants, et, dans certains cas particuliers, dans des fours verticaux.

[0003] Cette invention se propose d'apporter une installation dans laquelle les chambres de traitement sont séparées, afin de permettre des traitements à des températures et des atmosphères différentes.

[0004] Une installation selon la présente invention est caractérisée en ce qu'elle comporte :

- une table de chargement assurant l'alimentation de l'installation en pièces à traiter, celles-ci étant disposées sur un support, tel qu'un plateau ;

- au moins un module four basse température ;

- au moins un module four haute température, recevant les pièces à traiter provenant du module four basse température ;

- un module bac de trempe ;

- un sas commun aux différents modules de traitement, ce sas étant conçu de façon à permettre les transferts de charge entre les modules fours basse et haute températures et le module bac de trempe sous atmosphère de protection ;

- des mécanismes de transfert de charges, constitués : de moyens prévus sur la table de chargement pour assurer la prise des plateaux supportant les charges et leur évacuation vers la porte dudit sas commun ; d'un mécanisme de transfert longitudinal, disposé dans ledit sas commun et assurant, d'une part, le transfert des charges délivrées par la table de chargement jusque sur la sole du four basse température, et, d'autre part, le transfert des charges de la sole du four basse température à la sole du four haute température ; de mécanismes élévateurs, assurant l'alimentation des fours à partir dudit mécanisme de transfert longitudinal ; d'un mécanisme de transfert des charges du four haute température au bac de trempe ; d'un mécanisme de défournement de la charge du bac de trempe vers un sas de sortie de l'installation ; d'une table transporteuse assurant l'évacuation des pièces traitées dans l'installation, et de moyens assurant une distribution et une régulation des différentes atmosphères des fours.

[0005] Selon une variante de cette invention, conçue de façon à doubler la production des pièces traitées, on prévoit un module four basse température et un module four haute température supplémentaires, et un sas commun supplémentaire raccordé au sas existant, le module bac de trempe étant alors commun.

[0006] Selon une caractéristique de cette invention, les fours basse et haute températures sont du type élévateurs, la sole de chaque four étant placée à l'extrémité de la tige d'un vérin hydraulique vertical et guidée, pendant ses déplacements verticaux, de façon à assurer l'alimentation des charges dans lesdits fours ainsi que leur évacuation.

[0007] D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les dessins :

- la Figure 1 représente une installation selon l'invention, en coupe selon I-I de la Figure 2 ;

- la Figure 2 est une vue en plan de l'installation représentée sur la Figure 1, en coupe selon II-II de la Figure 1 ;

- la Figure 3 est une coupe selon III-III de la Figure 1 ; et,

- la Figure 4 est une coupe selon IV-IV de la Figure 2.

[0008] L'installation objet de la présente invention est du type modulaire. Dans l'exemple de réalisation illustré sur les dessins, elle comprend essentiellement les éléments suivants :

- une table de chargement 10 ;

- un module four basse température, désigné dans son ensemble par la référence 12 ;

- un module four haute température, désigné dans son ensemble par la référence 14 ;

- un module de trempe 16 (voir la Figure 2) ;

- un sas commun 18, muni des différents moyens de manipulation des pièces à traiter, qui seront décrits en détail ci-après ;

- une table d'évacuation 20 ; et,

- des moyens assurant la distribution et la régulation des différentes atmosphères des fours.

[0009] Dans l'exemple de réalisation décrit ici, à titre non limitatif, l'installation objet de l'invention est utilisée pour effectuer des traitements thermochimiques, par exemple de carbonitruration, sur des pièces destinées à l'industrie automobile, par exemple des pignons de boites de vitesses. Ces pièces sont placées sur des supports, tels que des plateaux réfractaires, introduits quatre par quatre dans l'installation. Sur les dessins, la référence 22 désigne une telle charge.

[0010] Les plateaux supportant les pièces à traiter 22 sont délivrés à l'installation à l'aide d'un moyen de transport tel qu'un tapis transporteur 24, à partir duquel ils sont transférés sur la table de chargement 10. Celle-ci assure, d'une part la prise des plateaux 22 sur le transporteur 24,et, d'autre part, leur évacuation vers le sas 18, à partir duquel les plateaux sont délivrés aux différents fours de traitement. Cette table de chargement comprend essentiellement un châssis 26 placé au sol, comportant, à sa partie supérieure, deux barres à cliquets escamotables 28, disposées de part et d'autre de la surface de la table, et commandées par l'intermédiaire d'un système roues-chaînes sans fin, désigné par la référence 30. Un moteur, hydraulique ou électrique, actionne le système 30, qui est animé d'un mouvement alternatif de translation permettant de transférer un plateau 22 du transporteur au sas, et un retour à vide des barres 28 pour le chargement des plateaux suivants.

[0011] Le sas 18 est conçu pour assurer les transferts des charges 22 entre les fours 12, 14 et le bac de trempe 16. Afin de limiter au minimum la pollution du gaz de protection maintenu dans ce sas, ce dernier est conçu de façon que l'introduction de la charge s'effectue par sa partie inférieure. A cet effet, le sas comporte un module d'enfournement 18', qui est pourvu d'une porte 32 placée à la partie supérieure d'une table élévatrice 34, déplacée par tout moyen approprié, tel qu'un vérin 36, par exemple. Sur la Figure l, on a représenté la table élévatrice 34 en position haute (traits pleins) et en position basse (traits mixtes). On comprend que la charge 22 est poussée sur la porte 32 par les barres 28, puis elle est amenée dans le sas d'enfournement 18' à l'aide de la table élévatrice 34. En position haute, la porte 32 est appliquée sur un joint qui assure l'étanchéité du sas.

[0012] On décrira maintenant, respectivement, les modules fours à basse et haute températures 12, 14. Ces fours sont du type élévateurs, permettant un chauffage simultané de toutes les faces de la charge, et une élimination de tous les inconvénients apportés par les "portes chaudes", tels que fuite d'atmosphère, déformation, etc. Ces fours 12 et 14 sont donc pourvus de soles mobiles, respectivement 38, 40, placées à L'extrémité de vérins hydrauliques verticaux 42, 44, respectivement, chaque sole étant guidée pendant ses déplacements verticaux, afin d'éviter tout mouvement de rotation éventuel.

[0013] La carcasse des fours est de forme cylindrique, et elle comporte, en partie supérieure, un tampon étanche 46, 48, respectivement, et, en partie inférieure, un joint destiné à recevoir la sole mobile 38, 40, respectivement.

[0014] Le système de chauffage du four basse température 12 est constitué, par exemple, de châssis chauffants tels que 50, réalisés en fils boudinés et positionnés entre la chemise 54 du four et un moufle de recirculation 52. On prévoit un chemisage intérieur et extérieur métallique, ainsi qu'un garnissage en matériau fibreux (nappes et panneaux de laine minérale, par exemple), permettant toute modification rapide de température et de qualité d'atmosphère. Un faible débit d'azote en continu est prévu à l'intérieur du calorifugeage ainsi réalisé, afin d'éviter sa pollution lors des arrêts de production.

[0015] Le recyclage dans l'enceinte du four 12 est obtenu à l'aide d'une turbine centrifuge 56, montée sur la voûte du four et entraînée par un moteur 58. Cette turbine aspire l'atmosphère dans le volume utile de l'enceinte du four et la refoule à l'extérieur du moufle 52, sur les châssis chauffants 50, à partir desquels cette atmosphère est redistribuée sous la charge. La circulation de l'atmosphère a été schématisée par des flèches, sur la Figure 1. Le four comporte un système de régulation classique de température (non représenté).

[0016] Le four à haute température 14 est de conception similaire au four à basse température 12 qui vient d'être décrit, à l'exception toutefois des points suivants :

a) son chauffage est assuré à l'aide d'éléments tubulaires, tels que 60, suspendus à la voûte du four, par exemple à l'aide de tampons fixés de façon étanche à cette voûte. Etant donné que certains cycles de traitement peuvent exiger un refroidissement rapide de l'enceinte du four et de la charge qu'elle contient, les tubes sont raccordés à un ventilateur (non représenté) soufflant de l'air frais, permettant d'utiliser les éléments tubulaires de chauffage comme tubes de circulation d'air. Si on le désire, ce refroidissement peut être accéléré en prévoyant une circulation d'air frais dans un tube noyé dans le calorifugeage du four ;

b) le brassage de l'atmosphère active sur la charge introduite dans le four est assuré par une turbine 62, entraînée par un moteur 64, soufflant directement au travers d'un moufle 66, à l'intérieur duquel est placé la charge. Pour éviter un craquage trop important du gaz d'atmosphère sur les éléments chauffants, l'arrivée de ce gaz est prévue à proximité de la turbine, côté soufflage.

[0017] Le module bac de trempe 16 est surmonté d'un sas 68, permettant le transfert sous atmosphère de la charge avant son immersion dans le liquide de trempe (huile) contenu dans le bac. Un écran mobile 70 assure la protection de l'atmosphère du sas de transfert 18, lors d'une opération de trempe. Ce module comporte un ascenseur, constitué d'une cage élévatrice 72, en profilé rigide, dont la plateforme reçoit la charge, et qui se déplace entre des colonnes de guidage. L'ascenseur est suspendu à un vérin hydraulique 74, disposé en partie supérieure. La charge, en fin de chauffage, est transférée du four à haute température sur la plateforme de la cage élévatrice 72, où elle est maintenue en position d'attente dans le sas de trempage 68. Elle est ensuite amenée dans le bac de trempe 16, grâce au déplacement de l'ascenseur, et, en fin de trempe, l'ascenseur est remonté, pour permettre l'évacuation de la charge après égouttage.

[0018] Le chauffage de l'huile de trempe est assuré par des thermo-plongeurs électriques 76, disposés de part et d'autre de la turbine 78 qui réalise le brassage du bain d'huile. L'huile est aspirée en partie haute du bac et refoulée en partie basse par l'intermédiaire des conduits 80, débouchant sous la charge maintenue sur la plateforme de l'ascenseur 72, un jeu de déflecteurs assurant la répartition. Le refroidissement de l'huile est obtenu par une circulation forcée d'air à l'extérieur du bac de trempe. La totalité du bac est munie d'ailettes et d'une virole calorifugée 82, délimitant une gaine 84 dans laquelle circule l'air de refroidissement. La circulation de l'air est assurée par un groupe moto- ventilateur centrifuge 86, placé à la partie supérieure du bac, l'air pénétrant dans la gaine 84 par l'orifice 90 et étant évacué par l'orifice 88, ménagé dans la virole 82.

[0019] Le module bac de trempe comporte par ailleurs les équipements classiques tels que : système de filtration de l'huile ; dispositif de contrôle automatique de niveau ; moyens de régulation de la température de l'huile de trempe, et système de mise en action de la turbine de brassage 78. Ce dernier système peut être équipé d'une temporisation, permettant :

- de tremper la charge dans un grand volume d'huile Calme, par exemple en effectuant un refroidissement de la charge jusqu'à 600°C environ ; pendant cette période, l'élévation, moyenne de la température de l'huile est de 10°C ; et,

- de démarrer le brassage de l'huile environ 15 secondes plus tard.

[0020] On a vu ci-dessus que le sas commun 18 permettait le transfert des charges 22 entre les fours 12 et 14, et entre le four à haute température 14 et le bac de trempe 16. Ce sas est pourvu d'un mécanisme de transfert longitudinal, qui assure deux fonctions :

- le transfert d'une charge 22 depuis le sas d'enfournement 18' jusque sur la sole 38 du four à basse température 12 ;

- le transfert d'une charge 22 de la sole 38 du four à basse température à la sole 40 du four à haute température.

[0021] Dans l'exemple de réalisation représenté sur le dessin, ce mécanisme de transfert longitudinal est constitué de deux chaînes sans fin 92,92', disposées de chaque côté du sas, qui entraînent un chariot guidé 94 selon un mouvement de translation alternatif. A chacune des fonctions ci-dessus est associée une barre de poussée, telle que 96, 96', qui est disposée dans les chariots à l'aide de vérins latéraux, chaque barre étant relevée, afin de libérer les chariots, dès que le mouvement correspondant à la fonction réalisée est effectué. Cette disposition permet d'effectuer tous les déplacements des charges par une traction sur les chaînes 92, 92'. L'entraînement des chaînes est effectué à l'aide d'un moteur, par exemple hydraulique.

[0022] L'installation comporte en outre des moyens de transfert des charges entre le four à haute température 14 et le bac de trempe. Dans cet exemple de réalisation, pour limiter l'encombrement général de l'installation, ces moyens sont réalisés sous la forme d'un mécanisme à ciseaux hydraulique 98, à fonctionnement horizontal et à commande par vérin hydraulique, la tête de poussée de ce mécanisme glissant sur les rails supportant le plateau sur lequel repose la charge (Fig. 2). On notera que, selon l'invention, ces mécanismes fonctionnent dans une zone froide de l'installation, les carters de protection étant démontables afin de permettre de réaliser les opérations d'entretien de l'extérieur de l'installation.

[0023] On prévoit le même système que décrit ci-dessus pour effectuer le transfert des charges de l'enceinte contenant le bac de trempe 16 vers le sas de défournement 100. Ce système a été désigné par la référence 108, et il est de préférence du type à ciseaux hydraulique, identique au système 98.

[0024] Le sas de défournement 100 est de conception similaire au sas 18' d'enfournement décrit ci-dessus. Il est conçu de façon à limiter au minimum la pollution du gaz de protection maintenu dans le sas commun 18, et, à cet effet, l'évacuation de la charge s'effectue par sa partie inférieure. Ce sas 100 comporte donc une porte étanche 102, placée à la partie supérieure d'une table élévatrice 104, déplacée par tout moyen approprié, tel qu'un vérin 106 par exemple. Sur la Figure 4, on a représenté la table élévatrice 104 en position haute (traits pleins) et en position basse (traits mixtes). La charge provenant du module de trempe est ainsi délivrée à la table d'évacuation 20. Celle-ci est de conception identique à la table de chargement 10 décrite ci-dessus.

[0025] De la lecture de la description qui précède, on comprend que l'installation objet de l'invention fonctionne de la façon suivante ; .

[0026] 

a) amenée des pièces à traiter, disposées sur leurs plateaux, sur la table de chargement 10 ;

b) transfert des charges, de préférence quatre par quatre, dans le sas d'enfournement 18',grâce au système d'enfournement à cliquets 28 et à la table élévatrice 34 ;

c) transfert des charges sur la sole du four basse température 12, grâce au système de barres 96 et du chariot 94, puis introduction dans le four 12, grâce au vérin 42 ;

d) traitement dans ce four 12 ;

e) transfert vers le four 14, par l'intermédiaire du système barres 96- chariot 94 et de la sole mobile 40 de ce four 14 ;

f) traitement dans le four 14 ;

g) transfert du four 14 au bac de trempe 16, par l'intermédiaire du système de transfert 98, la sole du four 14 ayant été amenée en position basse ;

h) trempe de la charge ;

i) évacuation du bac de trempe, et défournement du sas par le système 98 et la table élévatrice 104 ;

j) livraison des charges traitées sur la table de réception 20.

[0027] L'installation décrite ci-dessus peut être complétée par l'addition des équipements supplémentaires suivants, qui permet de doubler la production (voir la Figure 1) :

- une table de chargement 10' ;

- un sas commun 18', équipé de ses mécanismes de manutention des charges, comme décrit ci-dessus, ce sas supplémentaire étant raccordé au sas 18 de façon étanche, afin de constituer une seule enceinte ;

- un module four basse température 12' ; et,

- un module four haute température 14'.

[0028] Parmi les avantages apportés par l'invention, on peut citer notamment :

- une très grande souplesse, en ce qui concerne les traitements thermiques sous atmosphère, grâce aux fours à atmosphère séparées ;

- possibilité d'utiliser plusieurs systèmes de trempe, grâce à la conception modulaire de l'installation ;

- possibilité d'effectuer des cycles thermiques rapides, étant donné que l'on maîtrise les atmosphères entre les différents fours de traitement.

[0029] Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés, mais qu'elle en englobe toutes les variantes.

Revendications

1. Installation de traitements thermo-chimiques à températures et atmosphères différentes, caractérisée en ce qu'elle comporte successivement :

- une table de chargement (10), qui assure l'alimentation de l'installation en charges à traiter (22) ;

- au moins un module four basse température (12) ;

- au moins un module four haute température (14), recevant les charges provenant du module four basse température

-un module bac de trempe (16) ;

- au moins un sas (18) commun aux différents modules de traitement, ce sas étant conçu de façon à assurer les transferts des charges entre les modules basse et haute température et le module bac de trempe, sous atmosphère de protection ;

_- des mécanismes de transfert de charges, assurant une alimentation continue en charges à traiter et leur évacuation âpres traitement ;et,

- des moyens assurant une distribution et une régulation des différentes atmosphères des fours.

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les mécanismes de transfert de charges (22) comprennent des moyens (28, 30, 32, 34) prévus sur la table de chargement pour assurer la prise des charges et leur évacuation vers la porte dudit sas commun (18) ; un mécanisme de transfert longitudinal (92, 94, 96), disposé dans ledit sas commun et assurant, d'une part, le transfert des charges délivrées par la table de chargement jusque sur la sole du four basse température, et, d'autre part, le transfert des charges de la sole du four basse température à celle du four haute température ; des mécanismes élévateurs (42, 44), assurant l'alimentation des fours à partir dudit mécanisme de transfert longitudinal ; un mécanisme de transfert (98) des charges depuis le four haute température au bac de trempe ; un mécanisme de défournement (108) des charges du bac de trempe pour les amener dans un sas de sortie (100), et une table transporteuse (20), assurant l'évacuation des charges traitées.

3. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les fours basse et haute températures (12, 14) sont du type élévateurs, la sole (38, 40) de chaque four étant placée à l'extrémité de la tige d'un vérin vertical (42, 44) et guidée pendant ses déplacements verticaux, afin d'assurer l'alimentation des charges dans les fours respectifs, ainsi que leur évacuation après traitement.

4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la table de chargement est constituée d'un châs_- sis (26) placé au sol, comportant, à sa partie supérieure, deux barres à cliquets escamotables (28) pour assurer la manipulation des charges, les barres à cliquets étant commandées à l'aide d'un système roues-chaînes sans fin (30), animé d'un mouvement alternatif de translation.

5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le module four basse température (12) comprend une sole mobile (38), des moyens de chauffage (50), positionnés entre le chemisage (54) du four et un moufle (52) dans lequel est placée la charge à traiter, une turbine de recyclage de l'atmosphère (56) aspirant l'atmosphère dans l'enceinte dudit moufle et la refoulant à l'extérieur de ce dernier, sur les moyens de chauffage, d'où elle est redistribuée sous la charge, et des moyens de régulation de température.

6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le four haute température (14) comporte une sole mobile (40), des moyens de chauffage réalisés sous la forme d'éléments tubulaires (60) ; un système de refroidissement à air, utilisant lesdits éléments tubulaires comme tubes de circulation d'air en les raccordant à un ventilateur ; une turbine de brassage (62) de l'atmosphère active sur la charge, cette turbine soufflant directement sur la charge placée dans une enceinte délimitée par un moufle (66) canalisant l'atmosphère ; et des moyens de régulation de température.

7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le module bac de trempe (16) est surmonté d'un sas (68) permettant le transfert sous atmosphère de la charge avant immersion, et en ce qu'il comprend un ascenseur (72) dont la plateforme supporte la charge à tremper, cet ascenseur, mû par un vérin (74), assurant le transfert de la charge à partir du four haute température, en fin de chauffage, vers le bac de trempe, et l'évacuation de la charge lorsque la trempe est terminée.

8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le sas (68) du bac de trempe est isolé du sas commun (18) par une porte mobile (70), afin d'éviter toute pollution dudit sas commun.

9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'introduction d'une charge dans le sas commun (18) s'effectue par la partie inférieure de ce dernier, la charge (22) étant poussée par les barres à cliquets de la table de chargement (10) sur la porte mobile (32) d'un sas (18') d'enfournement, cette porte étant placée à la partie supérieure d'une table élévatrice (34) et venant s'appliquer, en position haute, sur un joint assurant l'étanchéité dudit sas.

10. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit mécanisme de transfert longitudinal est constitué de deux chaînes sans fin (92, 92') disposées de chaque côté du sas et entraînant un chariot guidé (94) déplaçant les charges, des barres de poussée escamotables (96, 96') assurant les déplacements des chariots, l'entraînement du système de chaînes s'effectuant selon un mouvement alternatif de translation.

11. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les mécanismes de transfert des charges du four haute température vers le bac de trempe, et de ce dernier vers la table d'évacuation, sont du type à ciseaux hydrauliques (98, 108).

12. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la table d'évacuation (20) est de conception similaire à la table de chargement (10).

13. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre : une table de chargement supplémentaire (10') ; un sas commun supplémentaire (18'), équipé de ses mécanismes de manipulation de charges, ce sas commun supplémentaire (18') étant raccordé de façon étanche au sas commun (18), de manière à réaliser une seule enceinte ; un module basse température supplémentaire (12'), et un module haute température supplémentaire (14').

Dessins