Procédé et appareil pour l'enlèvement électrolytique de matière d'une pièce On connaît déjà un procédé d'usinage électroly tique, selon lequel on fait passer un courant électrique entre une électrode et une pièce à usiner disposées à proximité immédiate l'une de l'autre, tout en faisant passer un électrolyte sous pression dans l'espace compris entre la pièce et l'électrode, de la matière étant enlevée par dissolution anodique de la pièce à usiner.
Les appareils connus pour la mise en ouvre de ce procédé sont relativement coûteux en raison de leur construction 'mécanique et des exigences pour lutter contre la corrosion par suite des solutions salines employées. Ainsi, les frais sont quelque peu disproportionnés par rapport au travail à effectuer dans le cas du polissage électrolytique ordinaire.
Dans le cas où une pièce doit être usinée sur deux côtés opposés, il est nécessaire de supporter la pièce par sa face opposée à celle qui est en cours d'usinage, et cela pose parfois des problèmes- diffi ciles, notamment lorsque cette face arrière est brute et présente une forme grossière. En effet, en raison de la pression relativement élevée de l'électrolyte, il est nécessaire de supporter fermement la pièce lors que celle-ci est relativement mince.
Dans le cas de pièces minces, le support a encore pour tâche de conduire le courant électrique de façon que son parcours dans la pièce soit aussi court que possible. En effet, si on amenait le courant à une extrémité d'une pièce relativement mince, la chute de tension importante qui se produirait dans cette pièce, par suite des courants élevés employés, ren drait impossible un usinage régulier. Il pourrait encore en résulter un échauffement dangereux de la pièce.
De plus, la plupart des appareils connus néces sitent l'emploi d'une source de courant continu et l'on sait que ces sources sont coûteuses pour les puissances requises, aussi bien dans le cas où elles sont constituées par des machines à courant continu que par des batteries de redresseurs.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités.
L'invention a pour objet un procédé d'enlève ment électrolytique de matière d'une pièce, selon lequel on fait passer un courant électrique entre une électrode et cette pièce, qui sont disposées à proxi mité immédiate l'une de l'autre, tout en faisant pas ser un électrolyte sous pression dans l'espace compris entre la pièce et l'électrode, caractérisé en ce que, pour enlever de la matière sur au moins deux sur faces de la pièce, on utilise au moins deux électrodes en une matière électriquement conductrice et électro- lytiquement inerte, ces électrodes étant disposées en regard desdites surfaces,
et en ce qu'on fait passer le courant électrique d'une électrode à l'autre en passant par la pièce, le sens de ce courant électrique étant inversé périodiquement de manière que de la matière soit enlevée alternativement sur chacune des- dites surfaces pendant les périodes de courant actif, pour lesquelles la polarité de la pièce est positive par rapport à l'électrode qui est adjacente à la surface considérée.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'appareil permettant la mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique, en coupe, d'une première forme d'exécution.
Les fig. 2 et 3 représentent, respectivement en coupe transversale et en coupe longitudinale, une deuxième forme d'exécution.
Les fig. 4, 5 et 6 représentent, respectivement en plan, en coupe transversale selon la ligne 5-5 de la fig. 4, et en coupe longitudinale selon la ligne 6-6 de la fig. 5, un appareil dans lequel les électrodes sont déplaçables pour permettre un formage précis pour lequel il est nécessaire d'enlever une quantité non négligeable de matière à une pièce à usiner.
Les fia. 7 et 8 représentent respectivement une coupe longitudinale et une coupe transversale d'un appareil permettant un formage grossier ou un polis sage électrolytique, lorsqu'une grande précision n'est pas exigée et qu'en outre, il n'est pas nécessaire d'enlever beaucoup de matière à la pièce à usiner ou à polir.
Les fig. 9 à 15 se rapportent à des circuits électriques de commande.
La fig. 1 représente une paire d'électrodes 20 en graphite, lequel est inerte au point de vue électro lytique, c'est-à-dire qu'il ne subit pas de dissolution anodique. Ces électrodes sont serrées entre deux blocs isolants 22 et 24, par exemple en fibre de verre ou en tissu noyé dans une résine synthétique, par exémpie de la résine époxy.
Le serrage est effectué par des boulons 26. Le bloc isolant 24 présente un collecteur 28 alimenté par une ou plusieurs conduites 30 d'amenée de l'électrolyte sous pression. Celui-ci coule ensuite des deux côtés de la pièce à usiner W qui est disposée entre les électrodes 20 et qui est maintenue en posi tion par le bloc isolant 22 dans lequel elle est encas trée. Le bloc 22 présente une chambre 32 récoltant l'électrolyte, lequel est évacué par des trous 34.
Les deux électrodes 20 sont reliées aux bornes d'une source 36 de courant alternatif donnant une tension d'environ 20 volts et qui pourrait être cons tituée par un transformateur alimenté par le réseau.
Il y a lieu de noter que l'usinage peut être effectué sous une tension allant de 3 ou 4 volts jusqu'à 40 et même jusqu'à 60 volts. Toutefois, il est préférable d'utiliser la tension la plus basse possible pour éviter un gaspillage d'énergie électrique.
On remarque que le courant d'usinage passe d'une électrode à l'autre en traversant la pièce à usiner et doit, de ce fait, traverser deux espaces contenant de l'électrolyte. Il en résulte que la tension nécessaire est plus grande que dans le cas où le courant est amené directement à la pièce à usiner et à une seule électrode en regard de cette pièce.
En variante, au lieu d'appliquer un courant alter natif aux électrodes 20, on pourrait les alimenter avec un courant continu et renverser périodiquement la polarité de celui-ci.
La pression de l'électrolyte peut être de 25 kg/em22, mais on peut utiliser des pressions plus basses, par exemple de l'ordre de 2 kg/Cm@. Il ne semble pas y avoir de limites à l'utilisation de pres sions élevées, sinon la solidité de l'appareil et la capacité de la pompe.
On a obtenu de bons résultats dans l'appareil décrit ci-dessus en utilisant un électrolyte compre nant 125g de chlorure de sodium et 90g de chlo rure de potassium par litre d'eau. Pour certaines matières, on peut utiliser en addition du nitrate de sodium ou de potassium pour obtenir une surface plus lisse. L'emploi de ces nitrates est intéressant, par exemple pour l'usinage d'acier au chrome conte nant de<B>10</B> à 13 11/o de chrome. Dans d'autres cas, une addition de phosphate disodique peut améliorer la finition, notamment pour l'usinage d'alliages anti friction au nickel, tels que l'acier inoxydable 18-8.
On peut, bien entendu, travailler avec d'autres électrolytes que ceux indiqués ci-dessus et l'on peut, par exemple, utiliser de l'acide sulfurique ou des sels de celui-ci, de l'acide nitrique ou ses sels, et pour différentes sortes de matières, par exemple le tung stène, on pourrait utiliser un alcali, par exemple de l'hydroxyde de soude avec ou sans autres sels. Le choix de l'électrolyte peut être influencé par la matière que l'on doit utiliser, ou encore pour dimi nuer la corrosion des électrodes.
On n'a pas représenté le circuit d'alimentation en électrolyte, mais celui-ci consiste, de façon con nue, en un réservoir, une pompe à haute pression reliée à des filtres, vannes, manomètres, débitmètres et autres dispositifs de commande et de contrôle.
En pratique, la distance entre l'électrode et la surface à usiner peut être d'environ 0,1 mm pour autant que la longueur du chemin que l'électrolyte doit parcourir ne soit pas trop grande. La distance précitée donne de bons résultats pour une longueur jusqu'à 5 cm si l'on travaille avec une pression de 25 kg/cms. Toutefois, si la longueur est plus grande, il y a lieu d'augmenter la distance entre l'électrode et la pièce à usiner.
Au cours des expériences avec un appareil du genre de celui des fig. 2 et 3, la distance électrode- pièce atteignait sur une certaine portion la valeur de 3,2 mm et, bien que la quantité de matière enle vée ait été très faible pour cette portion, on a obtenu un effet de polissage sensible, de sorte qu'on peut prévoir l'utilisation de distances élevées entre la pièce et l'électrode dans le domaine du polissage.
Pour obtenir un polissage électrolytique véritable, il est nécessaire d'utiliser des courants de plusieurs centaines d'ampères suivant le type d'électrolyte uti lisé. On sait, par exemple, qu'avec une densité de 2 A/cmL, on obtient une attaque grossière, tandis qu'avec un courant de 60 A/cm:2, on obtient un polissage électrolytique sur une matière telle que l'acier inoxydable 18-8.
Il est probable qu'une den sité de courant de l'ordre- <B>de</B> 15 A/cm2 est nécessaire pour produire un bon résultat avec une solution sim ple de chlorure, mais le domaine de transition entre l'attaque grossière et le polissage ne peut pas être défini avec précision, car il nécessiterait des essais avec une série de matériaux différents. Ainsi, on peut commencer avec un courant de 2 A/cm= et augmenter ce courant soit en rapprochant l'électrode de la pièce ou en appliquant une tension plus élevée jusqu'à ce qu'on obtienne un effet de polissage marqué.
On a donc constaté que le polissage électro lytique pouvait être obtenu en utilisant des solutions de chlorure ou des solutions d'acide simple unique- ment en augmentant la densité de courant jusqu'à un niveau déterminé.
Les fila. 2 et 3 représentent un appareil qui a été utilisé lors d'expériences. Il comprenait deux électrodes 38 en graphite qui étaient recouvertes extérieurement par des plaques de cuivre 40 fixées par des vis 42 qui servaient en même temps à la fixation des conducteurs 50 d'amenée du courant alternatif. Les électrodes étaient enserrées entre deux blocs 44 isolants et serrées par des boulons 48. Des tiges de guidage 46 traversaient les deux blocs 44 et les électrodes pour maintenir le tout en position pendant l'assemblage. A la partie inférieure de la fila. 3, l'ensemble comprenait un bloc 52 présentant une chambre 54 pour l'amenée d'électrolyte par un raccord 56.
Chaque électrode présentait une portion 62 pro che de la pièce à usiner et une portion 58 décalée pour éviter l'usinage de la pièce W là où celui-ci n'était pas désiré. La pièce W à usiner était retenue par une pièce isolante 60 pour résister à la pression de l'électrolyte, laquelle atteignait 14 kg/cm2. La distance entre les parties 62 de l'électrode et la pièce W était comprise, en moyenne, entre 0,1 et 0,2 min. Le courant initial s'élevait à 650 ampères sous 20 volts, puis tombait progressivement à 400 ampères par suite de l'enlèvement de la matière de la pièce à usiner.
Sur de l'acier inoxydable 18-8, on a ainsi obtenu un polissage brillant en regard des portions 62, tandis qu'aux endroits où la distance entre l'électrode et la pièce atteignait environ 3 mm, la pièce était recouverte d'un revêtement brun tendre qui, après enlèvement, laissait voir une surface lisse, mais non polie.
Cet appareil a permis d'enlever une épaisseur de 0,05 mm en 10 secondes, ou de. 0,1 mm en 30 secondes.
Dans cette forme d'exécution, on conçoit qu'on pourrait apporter des modifications pour permettre de faire passer la pièce W de façon continue entre les portions 62 des électrodes.
Les fila. 4, 5 et 6 représentent un appareil dans lequel les électrodes sont déplacables. Comme on le voit surtout aux fila. 4 et 5, il comprend un châssis 64 qui est recouvert intérieurement d'une matière iso lante 66 et qui contient les électrodes 68 en graphite. Ces dernières sont fixées à des barres 70 qui sont également revêtues d'un isolant 72 et qui sont accou plées chacune à trois poussoirs 74. Un collecteur 76 est formé par un couvercle 108 qui présente des perçages 78 pour amener l'électrolyte dans les espaces situés en arrière des électrodes, de façon à réaliser une certaine compensation des pressions hydrauliques sur les deux faces des électrodes.
Chaque poussoir 74 est enfermé dans un soufflet élastique 80 et est relié à des blocs 82 d'entraînement visibles à gauche et à droite de la fila. 4. Ces derniers peuvent être entraînés par des vis 84 présentant un palier de butée 86 au centre et des pas de vis à gauche et à droite de chaque côté de ce palier. Les deux vis d'entraînement sont accouplées l'une à l'autre par des roues dentées 88 et une chaîne 90. L'entraînement est réalisé par un moteur 94 à vitesse variable.
En référence à la fila. 6, la pièce W est représentée en coupe suivant la ligne 6-6 de la fila. 5. Cette pièce W est fixée à son extrémité mince par un pointeau 96 engagé dans une creusure de ladite pièce et fixé dans un bloc isolant 98 coulissant dans des rainures 100 du bâti en acier.
De l'autre côté, on trouve un bloc semblable 102 coulissant dans des rainures 104 et portant deux vis- pointeaux 106 pour permettre d'obtenir l'orientation désirée de la pièce à usiner.
Les deux blocs isolants 98 et 102 sont fixés au couvercle 108 par des vis 110, ce couvercle étant lui-même fixé par des vis 114 à ailettes et présentant des ouvertures 112 pour les conduites d'amenée d'électrolyte.
Pour la mise en place de la pièce dans l'appareil, on enlève le couvercle<B>108</B> auquel les blocs isolants 98 et 102 restent attachés. On peut alors fixer la pièce à usiner entre ces blocs, en agissant sur les vis 106, puis le couvercle peut être remis en place dans l'appareil, d'un bloc avec la pièce.
En variante, on pourrait faire circuler l'élec trolyte dans le sens inverse pour qu'il sorte par les trous 112, de sorte que le couvercle 108 pourrait être enlevé sans être relié à des tuyaux d'amenée.
Le courant est amené aux blocs 82 par des conducteurs 118. L'isolation électrique entre les deux blocs 82 est. obtenue par des douilles isolantes 120 entourant les écrous qui sont en prise avec les vis 84. Les poussoirs 74 coulissent dans des manchons 122 en matière isolante pour éviter un contact électrique entré ces poussoirs et le bâti en acier.
Les fila. 7 et 8 représentent une disposition ana logue qui peut être utilisée pour la coutellerie. Dans cette forme d'exécution, deux électrodes 124 en graphite sont montées dans un boîtier 126 formé par des côtés 128 et des blocs isolants<B>130</B> et 132 vissés sur ceux-ci. Le bloc<B>130</B> présente une creusure 134 destinée à recevoir une languette de fixation de la pièce à usiner.
Du côté opposé, le bloc isolant 132 porte un élément 136 de caoutchouc, et la pièce W est intro duite par une ouverture 137 du bloc 132 dans une ouverture 138 du bloc de caoutchouc, lequel assure l'étanchéité. La pièce est ensuite retenue en position par une tige transversale 140 isolante.
Comme on le voit à la fila. 8, un bloc collecteur 142 reçoit l'électrolyte par un ou plusieurs tubes 144, cet électrolyte passant par une fente 146 d'un bloc isolant intermédiaire 148 pour baigner les deux faces de la pièce à usiner W. Le boîtier 126, le collecteur 142 et le bloc 148 sont fixés par des boulons 149 à une plaque de base 150 isolante présentant un orifice de sortie pour l'électrolyte. Dans le cas où la pièce W doit seulement être polie, il suffit d'appliquer le courant aux électrodes 124 pendant quelques secondes seulement, tandis que si l'on désire effectuer un usinage, on peut faire passer le courant pendant une plus longue durée et contrôler l'augmentation de la distance entre les faces de la pièce à usiner et l'électrode en observant la diminution du courant électrique qui en découle.
Dans les réseaux à courant alternatif, la puissance électrique est généralement fournie sous forme tripha sée et la charge doit généralement être régulièrement répartie sur les phases. La fig. 9 montre une possi bilité de brancher un groupe de trois pièces à usiner de surfaces sensiblement égales et de six électrodes El à E6 sur un réseau triphasé pour obtenir une charge équilibrée du réseau 154.
La fig. 10 montre un circuit très simple pour obtenir un enlèvement de matière différent sur les deux côtés opposés de la pièce à usiner, ce qui peut être intéressant si, comme dans le cas de la fig. 10, la pièce -est plus proche d'une électrode que de l'autre au début de l'usinage, mais doit être centrée entre ces dernières à la fin de l'usinage. Cette disposition est également intéressante lorsque les deux surfaces à usiner ne sont pas de la même grandeur, dans le cas où l'on désire la même vitesse de pénétration sur les deux surfaces.
Les électrodes sont alimentées par un transfor mateur dont l'enroulement secondaire<B>156</B> présente des prises intermédiaires 158 et 160, lesquelles peu vent être reliées à la pièce W par un commutateur 162. Deux voltmètres V permettent de mesurer la tension entre la pièce W et chacune des électrodes E. Lorsque la pièce W n'est pas reliée au secondaire <B>156,</B> le commutateur 162 étant .dans sa position médiane, les tensions indiquées par les deux volt mètres V sont sensiblement proportionnelles aux distances séparant la pièce de chacune des deux électrodes.
Ainsi, dans le cas de la fig. 10, le voltmètre de droite indiquerait une tension plus faible que celui de gauche. Il suffit alors de déplacer le commutateur 162 comme indiqué :en pointillé peur relier lia pièce W à la prise intermédiaire 158 pour augmenter la tension entre la pièce et l'électrode de droite. Le courant étant alors plus élevé du côté -droit, l'enlèvement de matière est également plus rapide.
On peut mesurer périodiquement la compensation obtenue en repla çant le commutateur 162 dans sa position médiane et en faisant une lecture des deux voltmètres V.
Les fig. 11 et 12 représentent deux variantes d'exécution permettant un usinage plus rapide d'une face que de l'autre. A la fig. 11, les prises intermé diaires 158 et 160 sont supprimées et remplacées par deux redresseurs 164 susceptibles d'être branchés, par le commutateur 162, en parallèle avec la pièce à usiner et une électrode. La polarité de ces redresseurs peut être quelconque, pourvu que les deux redres seurs travaillent de la même façon.
Suivant le sens de cette polarité, on peut obtenir que pendant le passage du courant actif, c'est-à-dire pendant une alternance provoquant un enlèvement de matière à la pièce W, une partie sensible du courant d'usinage soit dérivée par le redresseur. De cette façon, la vitesse d'usinage est diminuée entre une électrode et la pièce lorsqu'elles sont pontées par le redresseur.
Une autre possibilité consiste à placer les redresseurs en sens inverse, comme représenté au dessin, de sorte qu'ils soient conducteurs du courant de l'électrode à la pièce l#sque l'électrode test positive par rapport à la pièce, c'est-à-dire pendant l'alternance où il ne se produit pas d'usinage. Le redresseur diminue alors la résistance de l'ensemble, de sorte qu'il passe un courant plus intense, et comme la totalité de ce courant passe entre la pièce et la seconde électrode, l'usinage sur la face opposée de l'électrode est accéléré.
A la fig. 12, les redresseurs sont simplement rem placés par des résistances 166.
La fig. 13 montre une autre forme d'exécution du môme genre que celle des fig. 10 à 12, mais dans laquelle le courant provient d'une source 170 four nissant un courant continu qui est amené à un com mutateur 168 constitué par deux plaques de contact 172 portées par un bâti 174 fixé à un bloc 176 qui est soumis à un mouvement oscillant par un moteur 178 entraînant un excentrique 182 par l'intermédiaire d'un réducteur 180, cet excentrique étant relié au bâti 174 par une bielle 184. Les plaques 172 viennent alternativement en contact avec des plots 173 reliés, comme représenté, aux électrodes E.
Le moteur 178 est porté par un support 175 cou lissant sur un guide 186 et susceptible d'être déplacé par un moteur 187 et une vis 189.
Cette disposition permet .de régler le point !milieu du commutateur 168 et de faire ainsi varier le rapport de la durée du passage du courant dans un sens et dans l'autre, ce qui permet donc également d'obtenir un usinage plus rapide sur une face de la pièce W que sur l'autre. Il est clair que le commutateur mécanique pour rait être remplacé par un commutateur électronique comprenant, par exemple, des thyratrons solides.
Les fig. 14 et 15 représentent un schéma élec trique pour assurer automatiquement l'équilibre des tensions entre les deux faces à usiner et les électrodes respectives.
Comme le montre la fig. 14, un amplificateur 190 est sensible aux différences de tension entre la pièce à usiner et les deux électrodes, et il envoie des signaux sur des dispositifs 191 de commande d'une polarisa tion continue destinée à être superposée au courant alternatif d'alimentation des électrodes. La fig. 15 montre le détail de cet amplificateur, lequel comprend deux transformateurs d'entrée 192 et 194 dont les enroulements secondaires fournissent, par l'intermé diaire d'un circuit redresseur habituel, des tensions continues qui sont ajoutées en opposition. Le circuit est disposé de façon que l'un des deux thyratrons 196 ou 198 s'allume suivant que la tension V 1 est plus grande ou plus petite que V2.
Lorsque ces deux tensions sont égales, les tensions des secon daires des transformateurs 192 et 194 se compensent exactement et les deux thyratrons 196 et 198 restent éteints de façon continue. L'allumage du thyratron 196 provoque le passage d'un courant dans un enrou lement 200 d'un transducteur 204 à noyau saturable, tandis que le thyratron 198 agit sur le courant de l'enroulement 202 d'un transducteur 206.
Les deux transducteurs-réacteurs 204 et 206 sont alimentés en courant alternatif, lequel est redressé par des redresseurs 216 et<B>218.</B> Suivant que l'un ou l'au tre des thyratrons 196 ou 198 s'allume, l'un ou l'au tre des deux redresseurs 216 ou 218 fournit une ten sion continue plus grande, et comme les tensions four nies par ces deux redresseurs sont ajoutées en oppo sition, on obtient de façon simple la superposition d'un courant continu, d'une polarité ou de l'autre, au courant alternatif d'usinage. On obtient ainsi un cou rant alternatif asymétrique dont les alternances sont de grandeurs différentes, ce qui permet d'usiner plus rapidement une face de la pièce W que l'autre.
Il y a lieu de remarquer que dans les exemples précédents des fig. 13, 14 et 15, il n'était pas néces saire de prévoir une connexion à la pièce, ce qui peut être très avantageux dans le cas de pièces de faible épaisseur.
Dans la description, on a jusqu'ici supposé que les deux électrodes étaient placées de part et d'autre de la pièce à usiner, mais ceci n'est pas une condition indispensable et l'on pourrait sans autre prévoir deux électrodes agissant sur deux portions d'une même face de la pièce à usiner. Dans ce dernier cas, il est préférable de placer une isolation entre les deux élec trodes pour éviter que le courant d'électrolyse puisse passer directement d'une électrode à l'autre.