SURFACE METALLIQUE

Domaine technique

[0001] Le présent exposé concerne un système d'écrouissage ainsi qu'un procédé d'écrouissage en température d'une surface métallique.

Technique antérieure

[0002] L'écrouissage d'une surface métallique permet notamment de renforcer mécaniquement la pièce. Des dispositifs permettant l'écrouissage d'une surface métallique à une température différente de la température ambiante sont connus. Par exemple, il est possible de mettre la pièce à traiter dans une enceinte chauffante ou de projeter des media de grenaillage chauffés sur la surface à traiter. Toutefois, ces dispositifs ne permettent généralement pas de contrôler le champ thermique appliqué à la pièce dont la surface est traitée pendant l'écrouissage de la surface.

Exposé de l'invention

[0003] Le présent exposé vise à remédier au moins en partie à ces inconvénients.

[0004] A cet effet, le présent exposé concerne un système d'écrouissage d'une surface d'une pièce métallique comprenant un support de la pièce métallique, un bras articulé robotisé portant un dispositif d'écrouissage de la pièce métallique, un dispositif de mesure de la température sur la surface de la pièce métallique, un dispositif de création d'un champ thermique dans la pièce métallique comprenant un dispositif de chauffe localisée à distance de la pièce métallique, le dispositif de création du champ thermique étant configuré pour fonctionner en même temps que le dispositif de mesure de la température et le dispositif d'écrouissage.

[0005] Grâce au dispositif de mesure de la température sur la surface de la pièce métallique, ce dispositif étant configuré pour fonctionner en même temps que le dispositif de création du champ thermique et le dispositif d'écrouissage, il est possible de contrôler la température de la surface de la pièce métallique, et donc le champ thermique appliqué à la pièce pendant l'écrouissage de la surface de la pièce métallique.

[0006] Grâce au bras robotisé articulé, il est possible de positionner le dispositif d'écrouissage et de déplacer le dispositif d'écrouissage par rapport à la pièce métallique de manière continue et contrôlée pendant le traitement d'écrouissage.

[0007] On comprend que le dispositif de chauffe localisée à distance de la pièce métallique permet de chauffer au moins localement la pièce métallique tout en permettant au dispositif d'écrouissage de la pièce métallique d'écrouir la pièce métallique, donc sans entraver le déplacement du dispositif d'écrouissage de la pièce métallique.

[0008] Dans certains modes de réalisation, le dispositif de création du champ thermique peut comprendre un dispositif de refroidissement de la pièce métallique.

[0009] Il est ainsi possible de créer un gradient thermique dans la pièce métallique entre la surface chauffée et les parties refroidies de la pièce métallique.

[0010] Dans certains modes de réalisation, le dispositif de création du champ thermique peut comprendre un dispositif de mise en rotation du support de la pièce métallique.

[0011] Dans certains modes de réalisation, le dispositif d'écrouissage peut être un dispositif de grenaillage par projection de billes, le dispositif de création du champ thermique et le dispositif de mesure de la température comprenant chacun une gaine de protection contre l'impact des billes du dispositif de grenaillage.

[0012] A titre d'exemples non limitatifs, les billes de grenaillage peuvent être des billes d'acier présentant un diamètre compris entre 125 et 900 pm, du fil coupé rodé en acier présentant un diamètre compris entre 125 et 900 pm ou des billes en céramique présentant un diamètre compris entre 125 et 1000 pm. La dureté Rockwell C des billes de grenaillages peut être comprise entre 50 et 65 H RC.

[0013] Dans certains modes de réalisation, le système d'écrouissage peut être au moins partiellement compris dans une cabine. [0014] On comprend que la cabine permet de protéger un utilisateur, notamment lorsque le dispositif d'écrouissage est un dispositif de grenaillage par projection de billes.

[0015] Dans certains modes de réalisation, le dispositif d'écrouissage peut être un dispositif de galetage, un laser, un dispositif de poinçonnage-expansion. [0016] Dans certains modes de réalisation, le dispositif de chauffe localisée à distance peut être un inducteur ouvert, une résistance électrique chauffante, une lampe infrarouge, un laser, ou un flux d'air chaud pulsé.

[0017] On comprend qu'un flux d'air chaud pulsé permet de mieux contrôler la quantité de chaleur transmise à la cible et donc de mieux contrôler la température d'écrouissage, en comparaison avec un flux d'air chaud continu. [0018] Le présent exposé concerne également un procédé d'écrouissage d'une surface d'une pièce métallique au moyen d'un système défini précédemment, le procédé comprenant :

- application d'un champ thermique à la pièce métallique pour atteindre une température de consigne en surface de la pièce métallique au moyen du dispositif de chauffe localisée à distance de la pièce métallique ;

- contrôle localisé continu du champ thermique par mesure locale de la température de la surface de la pièce métallique au moyen du dispositif de mesure de la température sur la surface de la pièce métallique ;

- quand il est déterminé à l'étape de contrôle que la température locale en surface est la température de consigne, déplacement du dispositif d'écrouissage au moyen du bras articulé robotisé pour écrouir la surface de la pièce métallique qui est à la température de consigne ;

- écrouissage de la surface de la pièce métallique qui est à la température de consigne au moyen du dispositif d'écrouissage ; l'écrouissage étant réalisé pendant l'application du champ thermique et le contrôle localisé continu du champ thermique.

[0019] Dans certains modes de réalisation, l'étape d'application du champ thermique peut comprendre une étape de mise en rotation de la pièce métallique au moyen du dispositif de mise en rotation du support de la pièce métallique.

[0020] Dans certains modes de réalisation, l'étape d'application du champ thermique peut créer un gradient thermique dans la pièce métallique. [0021] Dans certains modes de réalisation, l'étape d'application du champ thermique peut comprendre une étape de refroidissement de la pièce métallique.

[0022] On comprend que la pièce métallique est chauffée sur la surface à écrouir et refroidie sur une autre surface pour créer un gradient thermique entre les deux surfaces.

Brève description des dessins

[0023] D’autres caractéristiques et avantages de l’objet du présent exposé ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées.

[0024] [Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un système d'écrouissage selon un mode de réalisation.

[0025] [Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique en vue du dessus du système de la figure 1.

[0026] [Fig. 3] La figure 3 est une vue partielle détaillée de la figure 1.

[0027] [Fig. 4] La figure 4 est un ordinogramme simplifié d'un procédé selon un mode de réalisation.

[0028] [Fig. 5] La figure 5 est un ordinogramme détaillé du procédé de la figure 4 mis en œuvre au moyen du système de la figure 1.

[0029] [Fig. 6] La figure 6 est une vue schématique partielle d'un système selon un autre mode de réalisation.

[0030] Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques.

Description détaillée

[0031] La figure 1 représente un système d'écrouissage 10 d'une surface d'une pièce métallique 46 (voir figure 3) selon un mode de réalisation du système d'écrouissage. Le système d'écrouissage 10 comporte un plateau 12 portant différents éléments du système d'écrouissage 10.

[0032] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, la pièce métallique 46 est un cylindre creux. On comprend que le système d'écrouissage 10 n'est pas limité à des pièces creuses et que le système d'écrouissage 10 peut permettre de traiter des surfaces planes et/ou des pièces présentant une géométrie qui n'est pas de révolution.

[0033] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le plateau 12 du système d'écrouissage 10 porte un bras articulé robotisé 14 qui porte un dispositif d'écrouissage 16.

[0034] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le dispositif d'écrouissage 16 est un dispositif de grenaillage par projection de billes. Le dispositif de grenaillage comprend une buse permettant la projection de billes. Les billes de grenaillage sont par exemple des billes utilisées en grenaillage conventionnel, conformément aux standards AMS 2431/1 à 2431/8. A titre d'exemples non limitatifs, les billes de grenaillage peuvent être des billes d'acier présentant un diamètre compris entre 125 et 900 pm, du fil coupé rodé en acier présentant un diamètre compris entre 125 et 900 pm ou des billes en céramique présentant un diamètre compris entre 125 et 1000 pm. La dureté Rockwell C des billes de grenaillages peut être comprise entre 50 et 65 HRC. [0035] Le dispositif d'écrouissage 10 comprend un support de la pièce métallique 46.

[0036] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le support de la pièce métallique 46 comprend deux supports creux 48 de la pièce métallique 46, disposés de part et d'autre de la pièce métallique 46.

[0037] Le système d'écrouissage 10 comprend un dispositif de création d'un champ thermique comprenant un dispositif de chauffe localisée à distance de la pièce métallique 46.

[0038] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le dispositif de création du champ thermique comprend un dispositif de mise en rotation du support de la pièce métallique.

[0039] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le dispositif de mise en rotation comprend une table tournant 24 et une plaque de maintien 50 du support sur la plaque tournante 24.

[0040] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le dispositif de chauffe localisée à distance de la pièce métallique 46 comprend un inducteur ouvert 42, par exemple un inducteur à effet de concentration. L'inducteur ouvert 42 est protégé par une gaine de protection 44 contre l'impact des billes du dispositif de grenaillage. Ainsi, le dispositif de création du champ thermique comprend une gaine de protection contre l'impact des billes du dispositif de grenaillage. [0041] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le dispositif de chauffe localisée à distance de la pièce métallique 46 comprend un système à induction 18 permettant de contrôler l'inducteur ouvert 42 ainsi qu'un support non conducteur 40 de l'inducteur ouvert 42.

[0042] Le système d'écrouissage 10 comprend un dispositif de mesure de la température sur la surface de la pièce métallique 46.

[0043] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le dispositif de mesure de la température sur la surface de la pièce métallique 46 est un pyromètre 20. Le pyromètre 20 est protégé par une gaine de protection 22 contre l'impact des billes du dispositif de grenaillage. Ainsi, le dispositif de mesure de la température comprend une gaine de protection contre l'impact des billes du dispositif de grenaillage.

[0044] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le pyromètre 20 est monté sur un dispositif de déplacement 28 du pyromètre 20 par rapport à la pièce métallique 46. Notamment, le dispositif de déplacement 28 comprend des bras se déplaçant sur des rails 30.

[0045] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le dispositif de création du champ thermique comprend un dispositif de refroidissement de la pièce métallique.

[0046] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le dispositif de refroidissement de la pièce métallique comprend un conduit d'entrée 36 de fluide de refroidissement dans la pièce métallique 46, le conduit d'entrée 36 comprenant une articulation étanche 36A, et un conduit de sortie 38 de fluide de refroidissement de la pièce métallique, le conduit de sortie 38 comprenant une articulation étanche 38A.

[0047] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le conduit d'entrée 36 est monté sur un dispositif de déplacement 32 du conduit d'entrée 36 par rapport à la pièce métallique 46. Notamment, le dispositif de déplacement 32 comprend des bras se déplaçant sur des rails 34.

[0048] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, la pièce métallique 46 et les supports creux 48 étant creux, le fluide de refroidissement peut circuler depuis le conduit d'entrée 36, passer dans le premier support creux 48, la pièce métallique 46, le deuxième support creux 48 pour sortir par le conduit de sortie 38 et ainsi refroidir l'intérieur de la pièce métallique 46 qui est par ailleurs chauffée sur la surface extérieure de la pièce métallique 46 par l'inducteur ouvert 42.

[0049] Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le système d'écrouissage 10 comprend un dispositif de contrôle 26 permettant de contrôler les différents éléments du système d'écrouissage 10. On comprend que le dispositif de contrôle 26 est représenté par un bloc. Toutefois, le dispositif de contrôle 26 peut comprendre plusieurs éléments reliés entre eux, notamment un terminal informatique.

[0050] On comprend que le dispositif de mise en rotation du support de la pièce est facultatif. En effet, il est possible de traiter des pièces non cylindriques. On comprend également que la pièce métallique peut ne pas être creuse et que le dispositif de refroidissement est facultatif. On comprend également que l'inducteur ouvert 42 peut être remplacé par tout autre dispositif de chauffe localisée à distance, par exemple par une résistance électrique chauffante, une lampe infrarouge, un laser ou un flux d'air chaud pulsé. On comprend également que l'inducteur ouvert 42 peut être remplacé par tout autre type d'inducteur, selon l'application/pièce à traiter.

[0051] Dans ce qui suit, les éléments communs aux différents modes de réalisation sont identifiés par les mêmes références numériques.

[0052] On comprend que le dispositif d'écrouissage 16 n'est pas limité à un dispositif de grenaillage. Par exemple, comme représenté sur la figure 6, le dispositif d'écrouissage 16 peut être un dispositif de galetage 60.

[0053] Dans le mode de réalisation de la figure 6, le dispositif de galetage 60 comprend un galet 62 exerçant une pression et une déformation locale 66 sur une pièce métallique 64. Par simplicité, la pièce métallique 64 est représentée plane. Toutefois, la pièce métallique 64 peut ne pas être plane. [0054] Dans le mode de réalisation de la figure 6, la pièce métallique 64 est chauffée, comme dans le mode de réalisation des figures là 3, par un inducteur ouvert 42.

[0055] La figure 4 représente un ordinogramme simplifié d'un procédé d'écrouissage 100 de la pièce métallique 46, notamment avec le système d'écrouissage 10 des figures 1 à 3.

[0056] Le procédé d'écrouissage 100 comprend une étape d'application du champ thermique 102 à la pièce métallique 46 pour atteindre une température de consigne en surface de la pièce métallique 46 au moyen du dispositif de chauffe localisée à distance de la pièce métallique.

[0057] Le procédé d'écrouissage 100 comprend une étape de contrôle localisé continu 104 du champ thermique par mesure locale de la température de la surface de la pièce métallique au moyen du dispositif de mesure de la température sur la surface de la pièce métallique.

[0058] Lorsqu'il est déterminé à l'étape de contrôle que la température locale en surface est la température de consigne, le procédé d'écrouissage comprend une étape de déplacement 106 du dispositif d'écrouissage 16 au moyen du bras articulé robotisé 14 pour écrouir la surface de la pièce métallique 46 qui est à la température de consigne.

[0059] Le procédé d'écrouissage 100 comprend une étape d'écrouissage 108 de la surface de la pièce métallique 46 qui est à la température de consigne au moyen du dispositif d'écrouissage 16.

[0060] Dans le procédé d'écrouissage 100, l'écrouissage 108 est réalisé pendant l'application du champ thermique et le contrôle localisé continu du champ thermique. On comprend que bien que ces étapes soient simultanées, elles peuvent concerner différents points de la surface de la pièce métallique. Ainsi, à un instant donné, la surface de la pièce métallique 46 peut être chauffée en un premier point, la température peut être contrôlée en un deuxième point et l'écrouissage peut être réalisé en un troisième point.

[0061] Dans certains modes de réalisation, l'étape d'application du champ thermique 102 peut comprendre une étape de mise en rotation 110 de la pièce métallique au moyen du dispositif de mise en rotation du support de la pièce métallique.

[0062] Dans certains modes de réalisation, l'étape d'application du champ thermique 102 peut créer un gradient thermique dans la pièce métallique.

[0063] Dans certains modes de réalisation, l'étape d'application du champ thermique 102 peut comprendre une étape de refroidissement de la pièce métallique, par exemple au moyen du dispositif de refroidissement de la pièce métallique.

[0064] Toutes ces étapes peuvent être contrôlées et dirigées par le dispositif de contrôle 26. [0065] La figure 5 représente un ordinogramme détaillé du procédé d'écrouissage 100 de la pièce métallique 46 avec le système d'écrouissage 10 des figures 1 à 3.

[0066] Un utilisateur peut positionner 200 la pièce métallique 46 entre les supports creux 48. L'utilisateur peut ensuite définir 202 les conditions d'écrouissage, dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, les conditions de grenaillage, telles que la pression, le débit massique, la vitesse de la table tournante 24, le type de billes de grenaillage, la cinématique du bras robotisé articulé 14, et les conditions de chauffage, telles que la température de consigne, le refroidissement, le gradient thermique, à partir du dispositif de contrôle 26.

[0067] Dans le mode de réalisation, le système d'écrouissage peut comprendre une cabine de grenaillage et l'utilisateur peut verrouiller la cabine de grenaillage pour éviter la projection de billes de grenaillage hors de la cabine.

[0068] La mise en chauffe de la pièce métallique 46 peut débuter.

[0069] La pièce métallique 46 peut être refroidie 204 par le démarrage du refroidissement interne de la pièce métallique 46 au moyen du dispositif de refroidissement de la pièce métallique. En particulier, dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le refroidissement internet est réalisé par la mise en circulation de fluide de refroidissement entre le canal d'entrée 36 et le canal de sortie 38. L'étape de refroidissement 204 est facultative et est mise en œuvre lorsque le refroidissement a été demandé par l'utilisateur dans l'étape de définition des paramètres 202.

[0070] La pièce métallique 46 peut être mise en rotation 206 au moyen de la table tournante 24. L'étape de mise en rotation 206 est facultative et est mise en œuvre lorsque la mise en rotation a été demandée par l'utilisateur dans l'étape de définition des paramètres 202.

[0071] La pièce métallique 46 est chauffée 208 au moyen de l'inducteur ouvert 42.

[0072] Pendant la chauffe 208, la température sur la surface de la pièce métallique 46 est mesurée au moyen du pyromètre 20. La chauffe 208 est réalisée pendant tout le procédé d'écrouissage 100.

[0073] Tant que la température mesurée en surface de la pièce métallique n'atteint pas la température de consigne donnée à l'étape 202, la pièce métallique est chauffée et l'écrouissage ne débute pas, comme représenté par l'étape 210. Lorsque la température de consigne n'est pas atteinte, la pièce métallique est chauffée. Lorsque la température de consigne est atteinte, on peut passer aux étapes de démarrage du temporisateur de stabilisation 212 et de démarrage du dispositif de grenaillage 214 afin de stabiliser la projection des billes de grenaillage. L'étape de démarrage du dispositif de grenaillage peut comprendre la mise en route du grenaillage à vide afin de permettre la stabilisation du jet avant le traitement effectif d'écrouissage.

[0074] Avant de débuter l'étape de grenaillage 220, il est vérifié que la température de consigne est bien dans la plage de température requise et qui a été entrée lors de l'étape de définition des paramètres 202. Si la température n'est pas dans la plage désirée, le procédé retourne à l'étape 210 de vérification de la température.

[0075] Lorsque la température de consigne est dans la plage désirée, on vérifie 218 que le délai est atteint avant de débuter l'étape de grenaillage. En effet, le système d'écrouissage 10, et donc le dispositif d'écrouissage 16, étant asservi par le pyromètre 20 et étant soumis à des pertes de chaleurs, afin de réguler la température, l'inducteur ouvert 42 est contrôlé par des cycles ON/OFF. Tant qu'on est en dessous de la température de consigne, l'inducteur ouvert 42 est ON et la température croit. Lorsque la température de consigne est atteinte, des cycles ON/OFF peuvent être appliqués à l'inducteur ouvert 42 pour limiter les surchauffes et compenser les pertes de chaleur (par rayonnement, conduction, convection). Ceci peut se traduire par des oscillations autour de la température de consigne. Ainsi, le délai correspond au temps d'observation pendant lequel on vérifie que le système a réussi à stabiliser la température autre de la valeur cible et dans une plage de tolérance bien définie.

[0076] Lorsque le délai est atteint, l'étape de grenaillage 220 peut débuter. L'étape de grenaillage 220 de la pièce métallique est réalisée dans les conditions requises par l'utilisateur lors de l'étape de définition des paramètres 202 et ce, jusqu'à la fin du programme avec asservissement dynamique de la température de la surface de la pièce métallique.

[0077] Le dispositif de contrôle 26 vérifie 222 si le programme de grenaillage est terminé ou non. [0078] Lorsque que le dispositif de contrôle 26 détermine que le programme de grenaillage est terminé, le dispositif de contrôle arrête le dispositif de grenaillage 224 et arrête le dispositif de chauffe 226.

[0079] Lorsque le dispositif de mise en rotation a été utilisé, le dispositif de contrôle 26 arrête la rotation 228de la pièce métallique.

[0080] Lorsque la pièce métallique 46 est revenue à température ambiante 230, on peut retirer la pièce métallique 46 du support.

[0081] Par exemple, lorsque le dispositif d'écrouissage est compris dans une cabine, la cabine peut ne se déverrouiller que lorsque la pièce métallique est à température ambiante afin d'éviter que l'utilisateur puisse brûler en manipulant une pièce métallique trop chaude.

[0082] Le retour à température ambiante de la pièce métallique peut être réalisé par convection naturelle ou au moyen du dispositif de refroidissement. Lorsque le dispositif de refroidissement est utilisé, le dispositif de refroidissement est arrêté 240 lorsque la pièce métallique est à température ambiante.

[0083] Le procédé d'écrouissage 100 s'achève par le retrait 242 de la pièce métallique.

[0084] Bien que présentée dans un ordre donné, on comprend que certaines étapes peuvent être réalisées en même temps et/ou dans un ordre différent ; En particulier, les étapes d'arrêt du dispositif de chauffe 226 et/ou d'arrêt du dispositif de grenaillage 224 et/ou d'arrêt du dispositif de refroidissement 240. [0085] Quoique le présent exposé ait été décrit en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l’invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.