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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'USINAGE APPROCHE ET DE PRECISION DE METAUX FERREUX, NON FERREUX: ET CERAMIQUES, DE TOUS TYPES, AU MOYEN DE L'ARC ,
ELECTRIQUE.
La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif permettant de travailler convenablement depuis l'usinage approché jusqu'à, l'usinage le plus précis des-métaux ferreux, non ferreux et céramiques de. tous types au moyen de l'arc électrique.
Il existe déjà des procédés et des dispositifs consistant à ef- fectuer l'usinage des pièces au moyen d'une décharge électrique produisant des étincelles. Ces procédés tendent à faire fondre et à vaporiser des par- ticules superficielles de la pièce. L'inconvénient de ces procédés réside dans le fait qu'il se produit, par suite des décharges d'étincelles, une at- taque du matériau à la fois à la surface de la pièce¯et sur lepôle opposé.
Par suite de la nature même d'une décharge d'étincelles et de l'impossibili- té où l'on se trouve de diriger une étincelle vers le point de la surface plane de, la pièce qu'il faut chaque fois atteindre, le résultat de l'usina- ge d'une pièce par ces procédés connus n'est pas satisfaisant. En règle gé- nérale, le produit obtenu présente une couche superficielle irrégulière et de structure non uniforme. '
Il existe, en outre, des procédés consistant à utiliser un arc électrique au lieu d'une décharge d'étincelles. L'arc utilisé dans ce cas ne sert toutefois qu'à produire une forte quantité de 'chaleur, afin de fa- ciliter @ l'enlèvement mécanique de la matière sur la pièce. Les pièces usi- nées de cette manière présentent une texture grossière.
Elles souffrent, en outre, de contraintes thermiques, en particulier lorsqu'elles sont en métal dur. Enfin, il se forme-généralement avec ce mode d'usinage des fissures. Ces procédés ne peuvent donc pas ètre utilisés pour la production de pièces devant avoir un état surfacial de qualité élevée.
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décharge d'étincelles ou à l'aide d'un arc électrique imposent en outre un guidage de la pièce à la main, ou bien ils postulent un guidage plus ou moins mécanique de cettepièce. Mais aucun de ces procédés n'offre la possibilité d'une concentration désirable et toujours nécessaire de l'arc en des points déterminés de la pièce. gussi les usinages effectués selon ces procédés ne peuvent-ils donner que des produits irréguliers.
Une irrégularité particuliè- rement marquée de l'usinage effectué avec.ces procédés et ces dispositifs connus se manifeste aux points d'inversion du mouvement de la pièce ou du pô- le opposé,'car un arrêt plus ou moins lbng en ces points ne peut être évi- té. Il en résulte une surchauffe nuisible du point considéré de la pièce et un usinage irrégulier de celle-ci. Lors de la mise en oeuvre de ces procédés connus, les pièces en métal dur très sensibles présentent principalement des fissures capillaires et des irrégularités de surface.
@ @ ' Des essais'tendant à utiliser un arc pour l'usinage de pièces ont montré, en outre, que la matière constitutive de la pièce est, faute d'un choix judicieux de la nature du pôle opposé, influencée défavorablement étant donné qu'il se-produit'un transport de matière de ce pôle vers'la pièce. Les particules les plus fines prélevées à ce pôle opposé pénètrent dans la tex- ture superficielle de la pièce et y forment ce qu'on appelle des "incrusta - tions". De ce fait, la faculté de résistance de la surface de la pièce est fortement diminuée. Lors de l'usinage de métaux durs, ces incrustations pro- voquent un accreusement excessif lors d'un déroulement des copeaux sur la pièce et ainsi une rupture rapide de celle-ci.
Les pièces métalliques ainsi usinées ne donnent pas de résultats satisfaisants.
@ Le' procédé faisant l'objet de l'invention et le dispositif pré- vu pour sa mise en oeuvre' 'suppriment les difficultés connues pour l'usinage des métaux à l'aide d'un arc électrique. Ce procédé permet par suite d'exé- cuter le travail depuis un usinage approché jusqu'à l'usinage le-plus pré- cis aussi bien des métaux ferreux que des métaux non ferreux et des métaux cé- ramiques de tous types.
' Suivant le procédé, objet de l'invention, on déplace un pôle op- pose en matière conductrice muni d'une couche de matière de même nature que la pièce à usiner et améliorant la résistance, la dureté et la densité su- perficielle de cette pièce de manière telle, par rapport à ladite pièce, qu'il se produise grâce à un choix convenable de l'intensité du courant et de l'écartement entre les électrodes et par suite du jaillissement de l'arc électrique, un enlèvement de matière aussi bien à partir de la pièce qu'à partir du pôle opposé.
On réalise, en outre, également un échange de matière entre ce pôle opposé,et la pièce, avec une amélioration concomitante de l'état surfa- cial de cettepièce.'On peut influencer cet échange de matière, tant en am- plitude qu'en direction, par l'interversion des pôles si l'on utilise du courant continu ou bien-par utilisation de courant alternatif.
Tandis.que., lorsqu'on utilise du courant alternatif, il devrait par suite de l'inter- version naturelle des pôles, se produire un transport de matière régulier dans les deux directions, des recherches ont montré que, par suite du refroi- dissement plus intense du pôle opposé qui tourne rapidement, la tension né- cessaire à l'amorçage de l'arc avec un pôle opposé formant cathode est su- périeure à celle qui est nécessaire lorsque lapLèce constitue cette catho- de.
¯ Des prises de vues effectuées à l'oscillographe ont conformé ce phénomène. Sur la pièce sensiblement immobile par râpport au pôle opposé tournant rapidement, il existe par contre toujours des points encore suffi - samment chauds sous l'effet de l'arc de la demi-onde précédente, de sorte que le canal de décharge peut être'constitué à partir de cette pièce. Ce ci signifie que, lors de l'utilisation de courant alternatif, une plus grande quantité de matière est encore prélevée à la pièce,et que cette quantité excède celle qui est prélevée au pôle opposé.
Toutefois, des quantités ré-
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duites de matière sont transportées du pôle opposé rotatif vers la pièce. - Sous l'influence du champ électrique, ces particules sont précipitées vers la surface de la pièce,,- dans laquelle elles s'incrustent. Il se produit ain- si, suivant l'invention, pour un choix convenable de la matière constituant le pôle opposé., une amélioration de l'état surf acial ou un ennoblissement contrôlable de la surface de la pièce.
Si l'on utilise du courant continu et en.prévoyant une distri- bution- des pôles telle que la pièce serve de .cathode,'le.transport de.matiè- re de la pièce vers le pôle opposé est notablement plus grand. Ce transport de matière s'effectue uniquement dans cette direction. Si le pôle opposé con- stitue la cathode, le canal de décharge de l'arc électrique se forme à par- tir du pôle opposé, et il se produit un transport de matière de ce pôle vers la pièce. Dans ce cas, le rendement en électrons et ions est plus réduit par suite du refroidissement intense de ce pôle opposé, et il y a donc moins de @ matière transportée du pôle opposé vers la pièce.
En travaillant suivant l'invention, on peut donc influer dans une large mesure, par une distribution adéquate des pôles lors de l'utilisation de courant continu ou bien par l'utilisation de courant alternatif sur la quantité de matière devant être transportée et sa direction. Selon le procédé que. prévoit l'invention, on peut assurer de diverses manières le déplacement nécessaire. C'est ainsi qu'on peut déplacer la pièce par rapport au.pôle op- posé. Mais on peut également déplacer tout à la fois la pièce et le pôle op- posé. La .position de la pièce et celle du pôle opposé l'un par rapport à l'autre demeure alors inchangée. Par contre, le guidage de l'arc électrique est assuré par un profilage convenable du pôle opposé.
L'amorçage initiale de l'arc n'a même pas besoin d'être provoqué uniquement par contact-de la pièce avec le pôle opposé..Il peutêtre effectué, au contraire, à l'aide de substances radioactives ou'par adduction de gaz ionisés. Mais on peut aussi, pour l'amorçage initial, -souffler sur la trajectoire de l'arc une poudre mé- tallique ayant la même.composition que la matière constituant la pièce. Le pôle opposé a, de préférence, la forme d'un disque de-travail rotatif. Mais on peut aussi utiliser simultanément plusieurs pôles opposés. Il est possi- ble en outre de donner.au pôle,(ou aux pôles) une forme de balai.
Suivant l'invention, le ou les. pôles opposés sont, en outre;.. munis de revêtements conducteurs servant d'origine à l'arc électrique. Les revêtements ou profilages sont alors disposés sur la.périphérie du disque de travail. Mais ils peuvent également être placés sur la ou les faces planes du disque'de travail. La couche de matière de même nature que la pièce por- tée par les disques de travail ou formant les revêtements ou profilages est appliquée mécaniquement sur ces organes, obtenue par voie galvano-plasti- que ou appliquée par pulvérisation. La couche de matière utilisée ne ren- ferme pas de particules abrasives ou d'éclats de diamant.
Le dispositif servant à la mise en oeuvre du procédé, objet de l'invention, peut se présenter sous divers aspects. Les disques de travail sont calés sur l'arbre de travail à l'aide d'une bague, d'une bague collec- trice et d'une pièce isolante. Le moteur assurant l'entraînement du dispo- sitif alimente le primaire du transformateur. Le '-secondaire de ce transfor- mateur est étudié pour permettre l'utilisation de-courant continu,ou alter- natif. La vitesse de rotation des disques de travail se trouve d'ans un rap- port déterminé avec la fréquence du courant utilisé.
Par mise en place de la pièce et (ou) par son avance vers le pôle opposé, le.circuit de travail est fermé au': moyen d'un .,dispositif de contact avant la venue .en contact avec' ce pôle opposé'et, au. contraire, ouvert lors du retrait.ou de l'enlèvement.de la pièce.
D'autres particularités de l'invention découlent de la suite de cette description faite en,regard des dessins annexés donnés à titre d'exem- ples.non limitatifs. Ces dessins montrent un mode de réalisation possible du dispositif utilisé suivant l'invention, ainsi que plusieurs modes de réali-
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sation des disques. de travail.,
La fig. 1 est une vue en caupe schématique du dispositif.
La fig. 2 est une vue en partie- en coupe et en partie de champ d'un mode de réalisation du disque de travail.
La fig. 3 est une vue de profil du disque de travail que montre la fig. 2, ainsi que de l'agencement de la pièce, montrée schématiquement.
La fige 4 est une vue'de champ d'un autre mode de réalisation du disque de travail.
La fig. 5 montre également de champ un autre mode de réalisa- tion encore du disque de travail, la position de la pièce étant également indiquée. - .
La fig. 6 est une vue de profil d'un autre mode de réalisation encore du disque de travail indiquant ici encore la position de la pièce.
Le dispositif utilisé. comprend un bâti 1 supportant un moteur
2 alimenté par des cosses de contact 3 connectées à une.source de courant et entraînant par l'intermédiaire d'un interrupteur 4, de fusibles 2. et de . conducteurs 6, et.une poulie 10 calée sur un arbre 9, des disques conduc- teurs métalliques 11 et 12 dont chacun est relié par un conducteur fixe 13 et 14 avec une' bague. collectrice-15 et 16 calée sur l'arbre 9. Les disques
11 et 12 sont également isolés par rapport à l'arbre 9. Le primaire d'un . transformateur de travail 17 est également alimenté à partir de la même saur- ce de, courant par les cosses 3, l'interrupteur 4, les fusibles 2. et-les con- ducteurs 18.
Du coté'de'son enroulement secondaire, le transformateur.17 est connecte, d'une part, par un contacteur à plots 19.et, d'autre part, par un potentiomètre 20, à un commutateur 21 permettant de choisir une com- mande par courant alternatif ou continu.
Dans la position du commutateur 21 indiqué en traits pleins sur la fig. 1, le secondaire du transformateur 17 est connecté, en vue d'une alimentation en courant alternatif par les conducteurs 22 et 23 au balai 24 se déplaçant sur la bague collectride 15 et par les conducteurs 22 et 25 au balai 26 glissant sur la bague collectrice 16. Les conducteurs 27 et 28 - -- aboutissent à des porte-pièces métalliques 29 et 30 isolés par rapport au - bâti 1. On réalise de cette manière deux circuits de travail utilisables al- ternativement ou.simultanément-.pour l'enroulement secondaire. du transforma- teur 17. Ces circuits sont fermés par les pièces 31 et (ou) 32 lors d'un - contact métallique avec les disques de travail 11 et (ou) 12.
Les porte-piè- ces 29 et 30 sont, d'une manière en soi connue, réglables en hauteur et dans leur inclinaison par rapport aux disques de travail 11 et 12 au moyen de leviers de serrage 33, 34 et 35.
Pour une alimentation en courant continu, on amène le commuta- teur 21 dans la position indiquée en pointillé, et l'enroulement secondai- re du transformateur 17 est alors connecté par les conducteurs 36 et 37 à un redresseur 38. De celui-ci.-part un conducteur 39 aboutissant par le com- mutateur 21 et un conducteur 40 à l'inverseur polaire 41, et allant de ce- lui-ci dans la position indiquée en trait plein de cet inverseur, par un conducteur 42, jusqu'aux conducteurs 27 et (ou) 28. Dans cette position de l'inverseur 41, les porte-pièces 29 et (ou) 30 sont connectés au pôle néga- tif du redresseur 38. Le pôle positif du redresseur 38 est connecté par un conducteur 43, l'inverseur polaire 41 et un conducteur 44, avec le conduc- teur 22 et ainsi avec les conducteurs 23 et (ou) 25, et avec les balais 24 et (ou) 26.
Dans la.position de l'inverseur polaire-41 indiquée en pointil- .lé, le pôle négatif du redresseur 38 est connecté par les conducteurs 39 et 40 avec le conducteur 44 et avec les conducteurs 22 et 23 et (ou) 25, ainsi qu'avec les balais 24 et .(ou)' 26. Le pôle positif-dû-redresseur-38
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est alors connecte par--le conducteur 43, l'inverseur polaire 41 et les con- ducteurs 45 et 42 avec les conducteurs 27 et (ou) 28, et ainsi avec les por- te-pièces 29 et (où) 3.
Si, après leur venue en contact avec'les disques de travail 11 et 12, les pièces 31, et (ou) 32, sont déplacées vers l'arrière d'une distance déterminée, il se forme alors entre le disqué et la pièce un @ arc électrique, de sorte qu'il se produit suivant l'invention un usinage de la pièce de la manière recherchée. -
Suivant l'invention, les disques 11 et,12 sont munis d'une sur- face de même nature que la pièce à usiner, qui ne renferme toutefois pas de constituants agissant mécaniquement pour prélever de la matière à la surface de la pièce, et débarrassée de particules abrasives ou d'éclats de diamants.
On peut utiliser aussi bien des disques de travail dont la surface venant en contact avec la pièce est revêtue uniformément d'une couche de travail par- ticulière, et 'des disques munis d'un revêtement ou d'une garniture de forme particulière. Ces revêtements servent à assurer avec certitude un guidage ré- gulier de l'arc le long de la pièce et à obtenir une vitesse de travail dé- terminée, sans qu'en principe la pièce elle-même ait besoin d'être déplacée.
Au cours du déplacement usuel jusqu'ici, de la pièce à la main le long de la surface du disque de travail, on ne pouvait pas obtenir un travail de précision uniforme. Il se produisait avec ce type d'usinage un prélèvement de matière irrégulier. Un travail absolument uniforme est obtenu suivant l'invention avec une pièce serrée à poste fixe et un arc électrique guidé par des revêtements ou garnitures de forme convenable. Les revêtements rapportés sur les disques de travail ont une forme telle que l'arc électri- que, venant en règle générale de la même direction, traverse la pièce par un mouvement continu ou soit animé d'un déplacement alternatif, suivant la composition superficielle désirée. Les revêtements utilisés sont appliqués mécaniquement sur les disques de travail, obtenus par voie galvanoplastique ou appliqués'par pulvérisation.
. Les disques de travail 11 et 12 que prévoit l'invention sont ca- lés sur l'arbre 9 par une bague ±µ et par la bague collectrice 15, ainsi que par une pièce isolante !il. L'alimentation est assurée par les balais 24 et 26. Le revêtement ondulé 42 formant conducteur métallique (Figs. 2 et 3) provoque la formation d'un arc électrique entre le disque et la pièce 31.
Les parties profondes de la couche superficielle du disque de travail Il sont à une distance telle de la pièce 31 qu'il ne peut pas se produire d'arc électrique entre elles et la pièce 31. Etant donné que l'arc est lié à la forme du revêtement 48, il exécute lors de la rotation du disque 11 un dé- placement alternatif par rapport à la pièce 31. Par un réglage convenable de la vitesse de rotation du disque par rapport au nombre des ondulations de la courbe formée par le revêtement 48, on peut obtenir n'importe quelle préci- sion de surface désirée.
Les revêtements (Fig. 4) fournissent, lors de la rotation du disque 11 dans la direction de la pièce, un passage continu, di- rigé de la droite vers la gauche sur le dessin, de l'arc électrique en face de la pièce 31, un ou plusieurs revêtements pouvant se trouver simultané- ment dans la zone de travail. Un déplacement alternatif de l'arc électrique analogue à celui qu'on peut obtenir avec le mode de réalisation que montre la fig. 2 est atteint également avec un revêtement en zig-zag 50 (Fig. 5).
Grâce à cet agencement, on obtient, aux points de renversement (crêtes) un renversement plus rapide du sens de déplacement. Les revêtements 51 appli- qués sur les faces planes du. disque de travail 11 à la manière d'aubes de turbine (Fig. 6) se déplacent,- lors de la rotation du disque dans la.direc- tion de la flèche, en face de la pièce 31 à partir de son arête supérieure droite, et diagonalement vers l'arête inférieure-gauche, et ceci de manière telle que le revêtement suivant 51 dans le sens de larotation quitte la zone de la pièce juste'au moment où le revêtement 51 précédent pénètre dans cette zone.
Cet agencement empêche un contact intempestif des parties plus profondes du disque de travail 11ou un endommagement des revêtements 51 par la pièce 31.
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Suivant un-autre mode de réalisation (non représenté) on commu- . nique aux disques de travail 11 et (ou) 12 munis d'un revêtement uniforme, au moyen d'organes en soi connus, un déplacement oscillatoire perpendiculai- re au plan du disque. On obtient ainsi un usinage régulier de la pièce 31.
Dans ce cas, -le, disque de travail 11 et (ou) 12 doit judicieusement être,,, plus mince que la pièce 31, de sorte que l'arc électrique est déplacé' con- tinuellement, en un mouvement alternatif, par ce disque de travail 11.
Quand des quantités de matière plus importantes doivent être en- levées de la- pièce, les courants utilisés doivent être plus -forts. Mais l'ex- .périence montre¯que des courants intenses donnent une structure superficiel- le,plus grossière et agissent défavorablement sur la pièce par effet thermi- que..Par contre en procédant comme le préconise l'invention, et en parti- culier en prévoyant une répartition.uniforme des points d'attaque de l'arc électrique/a la. surface de la pièce, on obtient, même pour des courants moins intenses et des vitesses relatives plus faibles entre la pièce et le pôle opposé, une uniformité-et-une finesse ou précision d'usinage plus grandes.
En particulier, et à cause des mesures prévues par l'invention, ¯les quantités de matières enlevées sont plus importantes que l'on pouvait s'y attendre et que cela ne paraissait possible par les procédés connus. L'augmentation de la quantité de matière enlevée sur la pièce, qui excède de beaucoup le trans- port de.matière entre la pièce et le pôle opposé, est obtenue suivant l'in- vention en utilisant des -fréquences plus grandes, pour une vitesse relative résultante plus .réduite adaptée à cette fréquence, sans être- alors obligé de recourir à des augmentations nuisibles de l'intensité du courant.
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Suivant l'invention,on considère, comme prélèvement de matière sur la pièce et sur le pâle¯opposé, tout changement de place du matériau , constituant les électrodes sous l'influence de la décharge par arc. Par "usi- nagé approché" on entend, suivant l'invention, tout transport grossier du matériau constituant les électrodes dû à l'arc électrique et par "usinage précis" tout transport précis du matériau des électrodes sous l'effet des faibles courants préalables. Une amélioration de l'état de surface de la pièce effectuée-par ce procédé et à l'aide de ce dispositif est déjà.provo- quée par les atomes quittant les électrodes à l'ztat ionisé.
L'amélioration de cet état surfacial peut alors être contrôlée à la fois par le. choix de l'intensité du courant et de l'écartement entre les électrodes, et par le. choix du type de courant lui-même. Avec la décharge ,par arc qui est réalisée: suivant l'invention, un déplacement permanent des points formant la naissan- ce de l'arc,est entretenu,..même pour les courants les plus réduits. Les ren- versements du sens de déplacement de la pièce et les arrêts nécessairement plus longs de cette pièce aux points de renversement du-sens de déplacement s'effectuent dans une.zone où ne se produisent plus de décharges par arc.
La .polarité du disque formant une électrode et, de la pièce formant l'élec- trode opposée.est rendue interchangeable pendant le travail effectué- avec du courant continu.
--Le dispositif faisant l'objet de l'invention est actionné de la manière suivante: -Lors d la fermeture de l'interrupteur 4, le moteur 2 est mis en marche-et les disques 11 et 12 sont entraînés à la vitesse dési- rée. En même temps, le transformateur 17 est mis en circuit. La tension de travail nécessaire est réglée au moyen du commutateur à plots multiples 19 et du potentiomètre 20. Le dispositif est alors prêt à fonctionner. On amè- ne alors la pièce 31 .qui est en liaison métallique avec le porte-pièce 29, en contact avec le-disque 11, de sorte que le circuit de travail du secon- daire du transformateur 17,est fermé. On écarte ensuite la pièce 31 du dis- que 11 d'une distance correspondant à la tension utilisée, de-sorte qu'il jaillit un arc électrique entre la pièce 31 et le.disque 11.
C'st dans cet- te position qu'on usine la pièce 31 de la manière décrite'. Pendant l'usinage, on,doit maintenir $'écartement entre la pièce 31 et le disque 11 aussi con- stant que possible, afin d'obtenir avec certitude -un usinage uniforme. Ce- ci peut être réalisé d'une manière en soi 'connue par un dispositif de régla- ge précis (non représenté).
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. Il va de soi que l'on peut apporter des modifications aux mo- des de réalisation décrits dans le domaine des équivalences techniques.
REVENDI CATIONS
1. - Procédé pour le travail depuisl'usinage approché jusqu'à l'usinage de précision de métaux ferreux,.non ferreux et céramiques de tous types, consistant à déplacer un pôle opposé en matière conductrice, muni d'un revêtement en une matière de même nature que celle qui constitue la pièce à usiner et améliorant la résistance, la dureté et la densité super- ficielle de cette pièce par rapport à ladite pièce, tout en choisissant de façon convenable l'intensité du courant et l'écartement entre les électro- des, de manière telle qu'il se produise, par décharge et jaillissement d'un arc électrique, un enlèvement de matière de la pièce et du pôle opposé, ain- si qu'un échange de matière entre ce pôle opposé et cette pièce, en même temps qu'une amélioration de l'état surfacial de la pièce.