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metal
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2522687A1
Family ID 3207167
Probable Assignee Aeg Elotherm Gmbh
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE ET MACHINE POUR TREMPER UNE SURFACE DE PIECE EN
FONTE, DE PREFERENCE LA PORTEE D'UNE CAME OU D'UN SUIVEUR A CAMES, PAR
FUSION DE LA SURFACE A L'ARC ELECTRIQUE SUIVIE DE TREMPE
EN Title SURFACE HARDENING OF CAMSHAFTS AND FOLLOWERS - BY CONTROLLED
SPEED ELECTRIC ARC
Abstract
_________________________________________________________________
PROCEDE DE TREMPE DE PIECES EN FONTE DANS LEQUEL LA FUSION S'EFFECTUE
AU MOYEN D'UN ARC ELECTRIQUE SE DEPLACANT EN LIGNE SINUEUSE SUR LA
SURFACE DE LA PIECE.
POUR OBTENIR UNE PROFONDEUR DE TREMPE UNIFORME SUR TOUTE LA SURFACE A
TREMPER ON DEPLACE L'ARC ELECTRIQUE A DES VITESSES VARIABLES EN TENANT
COMPTE DE L'INTERVALLE ENTRE PARCOURS VOISINS DE L'ARC ET DE LA
REPARTITION DES MASSES DANS LA ZONE A FAIRE FONDRE. LE DEPLACEMENT DE
L'ARC EST EFFECTUE AU MOYEN D'UNE COMMANDE A MANIVELLE 27, 28 A
VITESSE DE ROTATION VARIABLE CYCLIQUEMENT.
TREMPE EN PARTICULIER DES CAMES ET SUIVEURS A CAMES, CULBUTEURS ET
AUTRES PIECES POUR AUTOMOBILE PRESENTANT OU NON UNE FORME A SYMETRIE
DE REVOLUTION.
The working surface of a cam or cam follower, in cast iron, is
hardened by melting the surface with an electric arc, and then self
quenching. The arc is guided along a path crossing the median line of
face at points along the line, changing direction adjacent to the two
edges. To ensure an even depth of melting the speed of the arc is
adjusted according to the distance between successive paths, partic.
when it changes direction, where it may be speeded up. It is also
adjusted to the mass of metal to be heated, i.e. speeded up at the
nose of the cam.
Description
_________________________________________________________________
L'invention a pour objet un procede pour le durcissement d'une surface
de piece en gnte, de preference la portee d'une came ou d'un suiveur a
cames, par fusion de la surface a 1' arc electrique suivie de la
trempe, dans lequel l'arc electrique est guide le long d'un parcours
croisant la ligne mediane de la surface de piece que l'on veut faire
fondre en des points decales dans le sens de la ligne mediane, avec
des points de changement de sens de marche a proximite des deux bords
de la surface de la piece.
On connatt des machines possedant un porte-piece pouvant etre deplace
en translation et une commande pour entrainer le porte-piece dans un
mouvement oscillatoire, dans lesquelles le porte-piece est commande
par un moteur par l'intermediaire d'une commande a manivelle (voir par
exemple brevet allemand 27 03 469, DE-OS 28 39 930 et modele d'utilite
allemand 77 02 409).
Avec les machines de ce genre, on fait fondre et on trempe la surface
des pieces sur des parcours de trace sinueux le long de la surface.
Pendant que la piece tourne autour de son axe, la tache d'ignition de
l'arc electrique qui provoque la fusion de la surface de la piece se
deplace en partant d'une position mediane d'un cote et de l'autre au
rythme d'une oscillation approximativement harmonique. La vitesse de
l'oscillation atteint son maximum dans la position mediane,
c'est-a-dire au milieu de la piece a faire fondre, et elle diminue en
se rapprochant du bord.La superposition du mouvement de rotation de la
piece et du deplacement de la tache d'ignition a pour resultante une
repartition approximativement sinusoidale de la vitesse, la vitesse
obtenue au bord de la piste de soudage etant relativement faible. I1
en resulte directement que la profondeur de fusion est plus grande aux
bords de la piece qu'au milieu de celle-ci. C'est pourquoi, il y a
risque que, lorsque la profondeur de fusion est suffisante au milieu
de la piece, les masses fondues le long des bords de la piece ne
provoquent des coulures s'echappant de la piece. La perte de forme
plus bu moins grande des pieces qui en resulte est un inconvenient.
Cette perte de forme apparait de facon particulierement desavantageuse
lorsque, comme c'est en general le cas, les pieces sont rectifiees par
meula ge apres la trempe.Les differences de profondeur de fusion et de
penetration de trempe qui resultent des differences de vitesse de
deplacement de la tache d'ignition se manifestent de facon marquee
lorsque la couche de trempe est traversee.
Il apparait ainsi nettement que les penetrations de trempe sont
differentes le long du parcours de fusion.
C'est donc un but de l'invention de creer un procede du type indique
au debut avec lequel les profondeurs de penetration de trempe sont
sensiblement uniformes le long de la totalite de la surface de la
piece a tremper, en particulier transversalement par rapport a l'axe
median de la surface de la piece.
Ce resultat est obtenu par l'invention grace au fait que, en tenant
compte de l'intervalle entre parcours voisins, en particulier aux
points de rebroussement, et en tenant compte de la repartition des
masses d'une piece dans la zone des traces, l'arc electrique est guide
de facon a ce que l'on obtienne une profondeur de fusion sensiblement
identique sur la surface de piece a faire fondre.
Avec le procede selon l'invention, il est tenu compte de la
dissipation de chaleur et du trace du parcours avec la vitesse de
deplacement.
C'est ainsi que, par exemple lorsqu'il s'agit d'une came, la partie de
la surface qui se trouve au sommet de la came, qui est a la distance
maximale de l'arbre a cames et pour laquelle par consequent la
dissipation de chaleur est relativement faible, est parcourue a une
vitesse plus elevee que la partie de la surface qui est relativement
proche de 1' arbre a cames et pour laquelle, par consequent, la
dissipation de chaleur est comparativement grande. Lorsque les traces
parcourues sopt tres proches l'une de l'autre, ce qui est le cas par
exemple aux points de rebroussement, la surface est parcourue a une
vitesse plus elevee. On peut determiner facilement par des experiences
dans quelle mesure il faut faire varier la vitesse de parcours.Les
valeurs ainsi determinees peuvent etre ensuite utilisees pour une
commande a programme telle que connue en soi, avec une machine a
commande, par exemple celle qui est proposee dans le DE-OS 28 39 990
ou hien celle qui est decrite dans le brevet principal.
Le procede selon l'invention peut etre mis en pratique de differentes
facons. C'est ainsi qu'il est possible de realiser sur la piece un
trace de parcours de fusion en zigzag ou encore en meandres. Selon une
variante de realisation du trace en zig-zag de la trace de fusion,
l'un des segments de parcours allant d'un bord a l'autre bord est
parcouru a une vitesse relativement faible, suffisante pour provoquer
la fusion, tandis que l'autre segment revenant du second bord au
premier est parcouru a une vitesse notablement plus grande de sorte
qu'il n'y a pas d'entree en fusion de la surface pendant cette course
de retour.Alors que, dans le premier cas de parcours de fusion en
zig-zag, les intervalles entre segments de trace voisins varient sur
toute la largeur de la surface a mettre en fusion, cet intervalle
entre parcours de fusion est constant dans le deuxieme cas. Dans le
troisieme mode de realisation qui est celui du trace en meandres, il
est necessaire qu'aux points de rebroussement, la vitesse relative
entre piece et electrode soit suffisamment grande pour qu'il n'y ait
pas de fusion excessive le long des bords. Par contre, le deplacement
transversal necessaire pour les parcours de fusion doit etre effectue
avec une vitesse relative suffisamment petite pour que le materiau
entre en fusion. De preference, on fait avancer la piece par pas
successifs par rapport au deplacement transversal de l'electrode.
La variation de la vitesse suivant les differents emplacements de la
surface a faire fondre peut etre realisee automatiquement de
differentes facons.
Dans une machine selon l'invention destinee a-la trempe de pieces en
fonte qui est apte a la mise en oeuvre du procede, il est prevu
d'associer a un porte-piece pouvant se deplacer par translation une
commande pour en assurer le mouvement oscillatoire. Le porte-piece est
entraine par moteur au moyen d'une commande a manivelle a vitesse de
rotation variable cycliquement de telle sorte que la tache d'ignition
de l'arc electrique est deplacee sur la piece a une vitesse
sensiblement constante et a une vitesse elevee aux points de
changement de sens du deplacement et/ou en revenant en arriere sur la
piece. I1 existe differentes possibilites de realisa tion d'une telle
commande a fonctionnement irregulier. Selon un premier mode de
realisation, l'entrainement de la manivelle s'effectue par
l'intermediaire de deux roues dentees ovales.Selon un autre mode de
realisation, l'entrainement de la manivelle s'effectue au moyen d'un
moteur a regime commandable. Enfin, le mouvement relatif entre piece
et bruleur peut egalement etre realise au moyen d'un porte-piece a
commande numerique par calculateur a avance en meandres, sensiblement
constante, sur toute la largeur de la surface a faire fondre.
Etant donne que, pour avoir une penetration de trempe uniforme, il
importe uniquement d'avoir un deplacement relatif constant entre piece
et electrode alors que, sur des tron cons de parcours determines ou il
ne doit pas y avoir de fusion, la vitesse de deplacement peut etre
aussi grande que l'on veut, il faut, pour eviter d'avoir des
mecanismes d' entrainement inutilement grands, que soit entrainee
celle des parties prenant part au mouvement relatif qui a la masse la
plus petite. En regle generale, c'est l'electrode. Il est meme
possible dans ce sens de prevoir une deflexion electromagnetique.
Les caracteristiques et avantages de l'invention ressortiront
d'ailleurs de la description qui va suivre, a titre d'exemple, en
reference au dessin annexe representant partiellement une machine pour
la trempe d'arbres a cames, dans lequel la figure 1 montre en
elevation laterale une came a mettre en fusion la figure 2 montre en
tant qu'element constitutif essentiel d'une machine a tremper pour de
telles cames un mecanisme de mouvement pour cette came la figure 3
montre un autre exemple de realisation d' une partie du mecanisme de
mouvement la figure 4 montre un autre exemple de realisation d' une
partie du mecanisme de mouvement
A la figure 1, on a represente en 1 l'axe d'un arbre a cames dont les
cames 2 sont mues d'un mouvement de rotation autour de l'axe et d'un
mouvement oscillatoire dans le sens de la fleche double.La tache
d'ignition d'un bruleur a arc electrique fait fondre la surface de la
came le long d'une trace ou d'un parcours, et le materiau est livre
ensuite a un processus d'auto-trempe. Les aretes de la portee de came
sont laissees hors fusion.
Pour le montage oscillatoire de l'un des cotes de 1' arbre a cames
selon la figure 1, on utilise le dispositif selon la figure 2 qui
montre une partie de la machine a tremper pour les cames de la figure
1. On a represente une barresupport 20 qui se deplace par translation
dans le sens de la cheville 21 sur ces chevilles 21 et recoit sur les
nez de positionnement 22 l'un des cotes des arbres a cames selon la
figure 1. L'autre cote de l'arbre est monte dans des paliers
correspondants et est presse par la force de ressorts contre les nez
de positionnement 22.
La barre-support 0 est articulee par l'intermediaire de tiges 23 et 24
a des triangles articules 25 et 26. Les triangles articules 25 et 26
sont couples l'un a l'autre par une tige 27. Au triangle articule 26
est articulee une bielle de manivelle 27a, de sorte que, par
l'intermediaire de cette bielle de manivelles 27a, on peut provoquer
un mouvement de translation alternatif dans la tige 27 et un mouvement
oscillatoire correspondant de la barre-support 20 dans le sens des
tiges d'accouplement 23 et 24. La bielle de manivelle 27a est
articulee avec possibilite de reglage a une roue de manivelle 28. En
reglant la position du point d'articulation de la bielle le de
manivelle 27a a la roue de manivelle 28, on peut regler la course
d'oscillation de la barre-support 20.
Pour entrainer la roue de manivelle 28 il est prevu deux roues dentees
ovales 29 et 30 qui impriment a la roue de manivelle 28 une vitesse de
rotation cycliquement variable qui a pour consequence de realiser un
mouvement relatif de 1' electrode par rapport a la surface de la came
sensiblement uniforme sur la largeur de la came, et une vitesse plus
elevee aux points de rebroussement. La roue ovale 30 est entrainee par
un moteur triphase avec une transmission correspondante reglable
mecaniquement.
Les deux roues dentees ovales 29 et 30, qui engrenent en permanence
l'une avec l'autre de facon que la somme des rayons des dents en prise
reciproque soit toujours constante, impriment a la manivelle une
vitesse de rotation variable cycliquement de sorte que la vitesse de
la barre-support 20 oscillante soit sensiblement constante dans le
sens de l'arbre a cames 1 et que l'acceleration aux points de
changement de direction du mouvement, c'est-a-dire aux bords de la
came, soit relativement grande. C'est pourquoi la duree du temps d'
arret effectue par la tache d'ignition quand elle arrive aux point de
changement de direction du parcours de la came est relativement
courte.
Dans le dispositif represente par la figure 3, le moteur 31 entraine
par l'intermediaire d'une transmission 31A deux roues ovales
d'engrenage 32 et 33, dont la roue menante 33 entraine par
l'intermediaire d'un engrenage demultiplicateur 34, 35 une commande a
manivelle 36, 37 et, par l'intermediaire d'un accouplement 38, la
barre-support 20 selon la figure 1.
Enfin, les dispositifs decrits peuvent egalement etre remplaces par
une commande par moteur qui contient un moteur a courant continu a
regime commandable ou un element analogue.
Le domaine d'utilisation de l'invention ne se limite pas au traitement
d'arbres a cames. Avec le procede selon 1' invention, on peut
egalement tremper par exemple des culbuteurs qui ne sont paasymetrie
de revolution. Sur ces culbuteurs qui cooperent avec des arbres a
cames, il s'agit de tremper des surfaces de forme sensiblement
rectangulaire qui sont en contact avec l'arbre a cames.
Des experiences ont permis de constater qu'avec une fonte sur une
table porte-piece a commande numerique par calculateur, a vitesse
constante, de telles pieces presentent transversalement par rapport au
sens de marche une zone de trempe de tres grande extension, sans la
formation de moustaches connue. En raison de la limitation laterale
des pieces, il suffit d'un flux de chaleur reduit dans le sens axial
du rayon de courbure de sorte qu'aux points de changement de sens du
mouvement d'oscillation, on peut se contenter d'une puissance
calorifique a peine superieure a celle que l'on a sur la portee
elle-meme.
Mais on peut egalement utiliser avantageusement le procede selon
l'invention pour tremper d'autres pieces pour au tomobile possedant ou
non une forme a symetrie de revolution.
Lorsque le mouvement relatif entre piece et bruleur s'effectue au
moyen d'un element porte-piece a commande numerique par calculateur,
on peut egalement tenir compte d'une facon tres simple des differences
de repartition de masse sur la piece en adaptant de facon
correspondante les vitesses, de sorte que, avec des faibles epaisseurs
de materiau, on utilise des vitesses elevees et, avec de grandes
epaisseurs de materiau, des vitesses reduites, pour obtenir une
profondeur de fusion uniforme.
Le procede selon l'invention est prevu avec autotrempe des bandes de
materiau fondues. Mais on peut egalement prendre des dispositions pour
soumettre les parties metalliques fondues a une operation de trempe
par moyens exterieurs, a l'aide d'un fluide auxiliaire, par exemple
air ou water.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Procede pour la trempe d'une surface de piece en fonte, notamment
de la portee d'une came ou d'un suiveur a cames par fusion de la
surface a l'arc electrique suivie de trempe, dans lequel l'arc
electrique est guide sur un parcours croisant la ligne mediane de la
surface de piece a faire fondre en des points decales dans le sens de
la ligne mediane, avec des points de rebroussement ou de changement de
sens a proximite des deux bords de la surface de la piece, caracterise
en ce que, en tenant compte de l'intervalle entre parcours voisins,
particulierement aux points de changement de sens de marche, et en
tenant compte de la repartition des masses de la piece dans la zone
des parcours suivis, l'arc electrique est guide a des vitesses de
deplacement differentes de facon a ce que soit obtenue une profondeur
de fusion sensiblement uniforme sur toute la surface de la piece a
faire fondre.
2. Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que l'arc
electrique est guide a une vitesse sensiblement uniforme dans son
trajet d'un bord de la surface de la piece a l'autre bord, et a une
vitesse plus grande a son passage aux points de changement de
direction et/ou a une vitesse plus grande pour revenir au deuxieme
bord.
3. Procede selon la revendication l ou 2, caracterise en ce que la
vitesse de parcours de l'arc electrique est plus grande dans la zone
du petit rayon de came que dans les zones du grand rayon de came.
4. Machine destinee a la trempe de pieces en fonte selon la
revendication 3 par mise en fusion de la surface de la piece a l'arc
electrique suivie de trempe, avec un portepiece anime d'un mouvement
d'oscillation et une commande pour provoquer le mouvement oscillatoire
du porte-piece, dans laquelle le deplacement du porte-piece s'effectue
sous l'action d'un moteur par l'intermediaire d'une commande a
manivelle, caracterisee en ce que la commande a manivelle (27a, 28 36,
37) est entrainee a une vitesse de rotation cycliquement variable, de
facon telle que la tache d'ignition de l'arc electrique est deplacee
sur la piece (2) a une vitesse sensiblement constante, et a une
vitesse elevee aux points de changement de sens du mouvement et/ou
pour revenir dans l'autre sens sur la piece (2).
5. Machine selon la revendication 4, caracterisee en ce que
l'entrainement de la manivelle (27a, 28; 36, 37) est effectuee au
moyen de deux roues dentees ovales (29,30).
6. Machine selon la revendication 4, caracterisee en ce que
l'entrainement de la manivelle est effectue au moyen d'un moteur a
vitesse de rotation reglable.
7. Machine selon la revendication 4, caracterisee en ce que le
mouvement relatif entre piece et arc electrique s' effectue au moyen
d'un porte-piece a commande numerique par calculateur, avec avance en
forme de meandres sensiblement constante sur toute la largeur de la
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