EP0865879A2 - Disque abrasif de meulage et méthode de conception de ce disque - Google Patents

Disque abrasif de meulage et méthode de conception de ce disque Download PDF

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EP0865879A2 EP98870032A EP98870032A EP0865879A2 EP 0865879 A2 EP0865879 A2 EP 0865879A2 EP 98870032 A EP98870032 A EP 98870032A EP 98870032 A EP98870032 A EP 98870032A EP 0865879 A2 EP0865879 A2 EP 0865879A2
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disc
abrasive
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grinding
shape
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Jean-Pierre Chevalier
François Boland
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D7/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting otherwise than only by their periphery, e.g. by the front face; Bushings or mountings therefor
    • B24D7/10—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting otherwise than only by their periphery, e.g. by the front face; Bushings or mountings therefor with cooling provisions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B23/00—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor
    • B24B23/02—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor with rotating grinding tools; Accessories therefor

Definitions

  • the present invention relates to an abrasive disc for grinding of materials, comprising a support provided with segments comprising an abrasive material and a binder coating.
  • abrasive particles alumina oxide, carbide silicon .
  • grinding wheels made up of grain segments of diamond set in a coating binder associated with a support metallic by welding, soldering or mechanical attachment or still grinding wheels obtained by direct sintering of the binder coating crimping the diamond grains on the body tool metal. Many uses of these tools have place under abundant watering which has the merit of cooling the tool and to remove the ground material.
  • Suction or blowing devices are intended for this purpose but do not always perform their function.
  • Diamond grinding abrasive discs have been developed for portable machines powered by a operator. These tools generally have the form of a disc and consist of a support having an area crown-shaped device, a median shaped area conical, and a disc-shaped interior area. Of abrasive segments, shaped like a crown sector, are fixed on the periphery of the peripheral zone. These segments can be arranged in a single row in the form of circle, or on two or more concentric rows. Of openings in the support allow to force air circulation to cool the segments abrasives during work, and take away the chips and grinding dust.
  • Discs with two or more rows of segments allow better support of the grinding tool, and lead to more regular grinding work.
  • These tools have the disadvantage that due to baffles imposed on the air circulation, the cooling and removal of shavings and dust from grinding are difficult to perform.
  • the invention aims to remedy in a simple way and effective at the disadvantages mentioned above.
  • the subject of the invention is an abrasive grinding disc consisting of a support comprising a peripheral zone in crown shape, a conical middle area and a central disc-shaped area.
  • the peripheral zone is provided with abrasive segments. Openings allowing air intake or air supply is provided in this peripheral zone.
  • the abrasive segments essentially have a "L" shape or circumflex accent, and have a wing extending substantially along the periphery of the disc, and a wing extending substantially from the periphery towards the center of the disc.
  • the so-called "L" shaped segments or circumflex accent can present a wide range of shapes, curvatures and widths, without departing from the scope of the invention.
  • the abrasive segments have the shape of a dawn, and the profile of this dawn is determined so that when the disc is spinning, the air sucked or blown flows with an absolute speed according to the spokes of the disc, thus facilitating the circulation of this air.
  • the abrasive segments have advantageously a profile in the form of a parabolic spiral.
  • the abrasive segments can include diamond grains and a coating binder.
  • Figure 1 shows a grinding disc 2 according to the prior art, consisting of a support comprising a peripheral zone in the shape of a crown 4, a zone conical median 6, and an interior shaped area 8. These three areas are centered around the same axis.
  • Abrasive segments 10, in the form of a sector of crown, are arranged on the face of the peripheral zone in the shape of a crown 4, at its periphery. Openings of air passage 12 are formed through the support. These 12 openings can be made in the middle area of conical shape 6. Forced air circulation is established at through these openings 12, and makes it possible to cool the abrasive segments 10 and take away the chips and dust from grinding.
  • abrasive segments 10 In the variant of a grinding disc according to art anterior 2, shown in Figs. 4, 5 and 6, we have arranged the abrasive segments 10 on two concentric circles. The operator can support his machine more horizontal, and the risk of creating the grooves 16 is reduced. However, in this variant, the air used to cool the abrasive segments 10 and for removing the chips and the dust must travel a path with many baffles, shown in FIG. 4 by arrows B. We must then either use ventilation power important, or be satisfied with a cooling of the segments 10 and a dust and chip evacuation mediocre.
  • Fig. 7 shows a grinding disc 18 according to the invention, seen from the front. Identical elements are numbered in the same way as in Figs. 1 and 4.
  • the abrasive segments 20 have an "L" or accent shape circumflex, and have a wing 22 extending substantially along the periphery of the disc 18, and a wing 24 extending substantially from the periphery towards the center of the disc, degressively. This provision makes it possible to obtain that any circle in the peripheral zone has material abrasive, while having a more active surface area important around the edge of the disc 18.
  • These segments 20 therefore present a minimal obstacle to the circulation of the air.
  • Other combinations of air flow direction, the direction of rotation of the grinding disc 18 and the shape blades provide the same result.
  • the same effect can be achieved, for example, with the shape of segments 20 of FIG. 9, the air being blown in by the openings 12, i.e. circulating from the center of the disc 18 towards its periphery, and the disc 18 rotating in the direction of the arrow T.
  • the shape of the segments 20 according to the invention therefore has the advantage of facilitate air circulation. It also presents the advantageous characteristic that the active surface, i.e. the contact surface between the segments 20 and the grinding surface grows from inside the disc 18 towards its periphery. This results in more grinding work regular.
  • Fig. 8 is a perspective view of a disc grinding 18 according to the invention. It highlights the shape of the support comprising a peripheral zone 4 and a inner zone 8, located in offset parallel planes, and connected by a conical median zone 6, and taking thus the shape of a flattened bell.
  • Fig. 9 schematically illustrates the method of determining the shape to be given to an abrasive segment 20 in order to optimize the circulation of the air blown through the openings 12.
  • the air travels through the peripheral zone from a circular zone delimited by R a and an exit zone bounded by R c .
  • V a the absolute speed
  • V r the relative speed
  • V e the speed of drive
  • the drive speed V e is imposed by the rotation of the disc 18. If we want the absolute speed V a to be directed radially, we can build the relative speed V r . The curvature of the abrasive segment 20 is then directed along V r . It is thus possible to construct the optimal shape of an abrasive segment 20 respecting aerodynamic constraints.
  • segment 20 is therefore that of a parabolic spiral.
  • a very significant improvement in air circulation can be obtained by means of segments 20 whose shape approximates that guided by the above theory, without having to be identical to the theoretical shape.
  • the active grinding surface is distributed evenly between the inner radius R a and the outer radius R b , and is maximum at the periphery, where it is required.
  • the abrasive segments according to the invention allow a substantial improvement in the quality of the ground surface obtained, in the ease of handling of the tool by the operator, and in the longevity of the tool, thanks to better ventilation and better elimination of grinding chips and dust.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Manufacturing Of Magnetic Record Carriers (AREA)

Abstract

L'invention concerne un disque abrasif de meulage (18) constitué d'un support comprenant une zone périphérique en forme de couronne (4), une zone médiane de forme conique (6) et une zone centrale en forme de disque (8) , la zone périphérique (4) étant munie de segments abrasifs (20), des ouvertures permettant l'aspiration ou l'insufflation d'air étant prévues dans la zone périphérique (4). Les segments abrasifs (20) ont en substance une forme d'accent circonflexe, et présentent une aile (22) s'étendant sensiblement suivant le pourtour du disque (18), et une aile (24) s'étendant sensiblement du pourtour vers le centre du disque (18). De manière préférée, les segments abrasifs (20) ont la forme d'une aube, et le profil de cette aube est déterminé de telle sorte que, lorsque le disque (18) est en rotation, l'air aspiré ou insufflé s'écoule avec une vitesses absolue suivant les rayons du disque.

Description

La présente invention concerne un disque abrasif pour le meulage de matériaux, comprenant un support muni de segments comportant un matériau abrasif et un liant d'enrobage.
Les outils de meulage existent dans une grande variété de formes et de dimensions, adaptés à une vaste gamme d'applications.
Historiquement, ils furent développés sur base de particules abrasives (oxyde d'alumine, carbure de silicium...) incorporés dans des liants organiques ou vitrifiés.
L'usure de ce type d'outil étant très importante, on a développé des meules constituées de segments de grains de diamant sertis dans un liant d'enrobage associés à un support métallique par soudage, brasage ou accrochage mécanique ou encore des meules obtenues par le frittage direct du liant d'enrobage sertissant les grains de diamant sur le corps métallique de l'outil. De nombreux emplois de ces outils ont lieu sous un arrosage abondant qui a le mérite de refroidir l'outil et d'assurer l'évacuation de la matière meulée.
Dans le cas du meulage à sec, les poussières dégagées par l'opération doivent être évacuées dès leur formation. On évite ainsi le colmatage de la surface active du disque, et la diminution de rendement et les échauffements préjudiciables qui en résultent.
Des dispositifs d'aspiration ou de soufflage sont prévus dans ce but mais n'assurent pas toujours leur office.
Des disques abrasifs diamantés de meulage ont été développées pour des machines portables actionnées par un opérateur. Ces outils présentent généralement la forme d'un disque et sont constitués d'un support présentant une zone périphérique en forme de couronne, une zone médiane de forme conique, et une zone intérieure en forme de disque. Des segments abrasifs, en forme de secteur de couronne, sont fixés sur le pourtour de la zone périphérique. Ces segments peuvent être disposés sur une seule rangée en forme de cercle, ou sur deux ou plusieurs rangées concentriques. Des ouvertures pratiquées dans le support permettent de forcer une circulation d'air de manière à refroidir les segments abrasifs en cours de travail, et d'emporter les copeaux et poussières de meulage.
Les disques comprenant une seule rangée de segments conduisent à un travail de meulage saccadé, et à un état de la surface meulée comportant des stries. Un bon appui de l'outil de meulage sur la surface à travailler est difficile à réaliser.
Les disques comportant deux ou plusieurs rangées de segments permettent un meilleur appui de l'outil de meulage, et conduisent à un travail de meulage plus régulier. Ces outils présentent cependant l'inconvénient que, en raison des chicanes imposées à la circulation de l'air, le refroidissement et l'enlèvement des copeaux et poussières de meulage sont difficiles à réaliser.
L'invention a pour but de remédier de manière simple et efficace aux inconvénients mentionnés ci-dessus.
L'invention a pour objet un disque abrasif de meulage constitué d'un support comprenant une zone périphérique en forme de couronne, une zone médiane de forme conique et une zone centrale en forme de disque. La zone périphérique est munie de segments abrasifs. Des ouvertures permettant l'aspiration ou l'insufflation d'air sont prévues dans cette zone périphérique. Les segments abrasifs ont en substance une forme de «L» ou d'accent circonflexe, et présentent une aile s'étendant sensiblement suivant le pourtour du disque, et une aile s'étendant sensiblement du pourtour vers le centre du disque. Les dits segments en forme de « L » ou d'accent circonflexe peuvent présenter une large gamme de formes, de courbures et de largeurs, sans sortir du cadre de l'invention. De manière préférée, les segments abrasifs ont la forme d'une aube, et le profil de cette aube est déterminé de telle sorte que, lorsque le disque est en rotation, l'air aspiré ou insufflé s'écoule avec une vitesse absolue suivant les rayons du disque, facilitant ainsi la circulation de cet air. A cette fin, les segments abrasifs présentent avantageusement un profil en forme de spirale parabolique. Les segments abrasifs peuvent comporter des grains de diamant et un liant d'enrobage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à la lecture de la description qui suit, référence étant faite aux figures annexées. Sur ces figures:
  • la Fig. 1 est une vue de face d'un disque de meulage suivant l'art antérieur;
  • la Fig. 2 est une vue latérale d'une machine de meulage portable;
  • la Fig. 3 montre l'état de surface obtenu après meulage au moyen du disque de meulage représenté à la Fig.1;
  • les Figs. 4, 5 et 6 sont semblables aux Figs. 1,2 et 3, mais relatives à une autre forme de disque de meulage suivant l'art antérieur;
  • la Fig. 7 représente, pour moitié, un disque de meulage suivant l'invention, vu de face;
  • la Fig. 8 est une vue en perspective cavalière, et en éclaté, d'une partie d'un disque de meulage suivant l'invention;
  • la Fig. 9 illustre schématiquement le mode de détermination de la forme optimale d'un segment abrasif.
La figure 1 représente un disque de meulage 2 suivant l'art antérieur, constitué d'un support comprenant une zone périphérique en forme de couronne 4, une zone médiane de forme conique 6, et une zone intérieure en forme de disque 8. Ces trois zones sont centrées autour du même axe. Des segments abrasifs 10 , en forme de secteur de couronne, sont disposés sur la face de la zone périphérique en forme de couronne 4, à son pourtour. Des ouvertures de passage de l'air 12 sont ménagés à travers le support. Ces ouvertures 12 peuvent être ménagées dans la zone médiane de forme conique 6. Une circulation d'air forcée est établie à travers ces ouvertures 12, et permet de refroidir les segments abrasifs 10 et d'emporter les copeaux et les poussières résultant du meulage.
Si, lors de l'utilisation d'un tel disque de meulage 2 au moyen d'une machine portable de meulage 14, l'opérateur applique la dite machine à plat sur la surface à meuler, en mettant en contact simultanément toute la zone périphérique 4 avec la surface à meuler, alors il est difficile de maintenir correctement la machine en position. L'opérateur a donc naturellement tendance à incliner sa machine ainsi que représenté à la Fig. 2. par l'angle A, pour ne faire porter sur la surface à meuler qu'une seule portion de la zone périphérique 4. Il en résulte des sillons 16, qui nuisent à la qualité de la surface obtenue.
Dans la variante d'un disque de meulage suivant l'art antérieur 2, représenté aux Fig. 4, 5 et 6, on a disposé les segments abrasifs 10 sur deux cercles concentriques. L'opérateur peut appuyer sa machine de manière plus horizontale, et le risque de créer les sillons 16 est réduit. Cependant, dans cette variante, l'air utilisé pour refroidir les segments abrasifs 10 et pour emporter les copeaux et les poussières doit parcourir un chemin comportant de nombreuses chicanes, représenté à la Fig. 4 par les flèches B. On doit alors soit recourir à une puissance de ventilation importante, soit se contenter d'un refroidissement des segments 10 et d'une évacuation des poussières et copeaux médiocres.
La Fig. 7 représente un disque de meulage 18 suivant l'invention, vu de face. Les éléments identiques sont numérotés de la même manière qu'aux Figs. 1 et 4. Les segments abrasifs 20 ont une forme en « L » ou en accent circonflexe, et présentent une aile 22 s'étendant sensiblement suivant le pourtour du disque 18, et une aile 24 s'étendant sensiblement du pourtour vers le centre du disque, de manière dégressive. Cette disposition permet d'obtenir que tout cercle de la zone périphérique présente de la matière abrasive, tout en présentant une part de surface active plus importante sur le pourtour du disque 18.
Dans une variante améliorée de l'invention, on donne aux segments 20 une forme d'aube de turbine telle que, lorsque le disque 18 tourne dans le sens indiqué par la flèche T, l'air de refroidissement aspiré à travers les ouvertures 12 s'écoule de l'extérieur vers l'intérieur du disque 18 en un parcours sensiblement radial. Ces segments 20 présentent donc un obstacle minimal à la circulation de l'air. D'autres combinaisons du sens de circulation de l'air, du sens de rotation du disque de meulage 18 et de la forme des aubes permettent d'obtenir le même résultat. Le même effet peut être obtenu, par exemple, avec la forme des segments 20 de la Fig. 9, l'air étant insufflé par les ouvertures 12, c'est-à-dire circulant du centre du disque 18 vers sa périphérie, et le disque 18 tournant dans le sens de la flèche T.
La forme des segments 20 suivant l'invention, représentés à la Fig. 7, présente donc l'avantage de faciliter la circulation de l'air. Elle présente également la caractéristique avantageuse que la surface active, c'est-à-dire la surface de contact entre les segments 20 et la surface à meuler croít de l'intérieur du disque 18 vers sa périphérie. Il en résulte un travail de meulage plus régulier.
La Fig. 8 est une perspective cavalière d'un disque de meulage 18 suivant l'invention. Elle met en évidence la forme du support comprenant une zone périphérique 4 et une zone intérieure 8, situées dans des plans parallèles décalés, et raccordées par une zone médiane conique 6, et prenant ainsi la forme d'une cloche aplatie.
La Fig. 9 illustre schématiquement le mode de détermination de la forme à donner à un segment abrasif 20 afin d'optimiser la circulation de l'air insufflé par les ouvertures 12. L'air parcourt la zone périphérique à partir d'une zone circulaire délimitée par Ra et une zone de sortie délimitée par Rc. Pour une particule d'air en circulation, on a la relation vectorielle suivante entre la vitesse absolue, Va, la vitesse relative Vr, et la vitesse d'entraínement Ve : V a = V r + V e (Vitesse absolue = vitesse relative + vitesse d'entraínement).
La vitesse d'entraínement Ve est imposée par la rotation du disque 18. Si l'on souhaite que la vitesse absolue Va soit dirigée radialement, on peut construire la vitesse relative Vr. La courbure du segment abrasif 20 est alors dirigée suivant Vr. On peut ainsi construire la forme optimale d'un segment abrasif 20 respectant les contraintes aérodynamiques.
La vitesse d'entraínement est donnée par Ve = ω*r ou ω est la vitesse angulaire de rotation, et r le rayon.
Le débit d'air Q traversant une section S entre deux segment 20 étant constant du rayon d'entrée Ra au rayon de sortie Rc, on a Q = Va* S
La section de passage de l'air S croít du centre vers la périphérie suivant l'équation : S = 2*π*r*h ou h est l'épaisseur d'un segment.
Dans le triangle ABC, on a Tanα = Ve Va = ω*r Q 2π*r*h soit Tanα = k*r2 ou k est une constante dépendant du débit d'air Q, de la vitesse angulaire ω, et de la hauteur h d'un segment 20.
L'expression de la courbe optimale, en coordonnées polaires r, peut être obtenue en considérant le point A de coordonnées r, et le point infiniment voisin sur la courbe, C, de coordonnées r+dr, +d. Dans le même triangle ABC, on a la relation Tanα = r*d dr
En comparant les équations (1) et (2), on obtient d dr = k*r soit  = K*r2 2 +Cte
La forme théorique optimale du segment 20, est donc celle d'une spirale parabolique. Une amélioration très sensible de la circulation de l'air peut être obtenue au moyen de segments 20 dont la forme se rapproche de celle guidée par la théorie ci-dessus, sans pour autant devoir être identique à la forme théorique. En outre, grâce aux segments 20 suivant l'invention, la surface active de meulage se répartit de manière régulière entre le rayon intérieur Ra et le rayon extérieur Rb, et est maximale à la périphérie, là où elle est requise. Les segments abrasifs suivant l'invention 20 permettent une amélioration substantielle de la qualité de la surface meulée obtenue, de la facilité de manipulation de l'outil par l'opérateur, et de la longévité de l'outil, grâce à une meilleure ventilation et une meilleure élimination des copeaux et poussières de meulage.

Claims (4)

  1. Disque abrasif de meulage (18) constitué d'un support comprenant une zone périphérique en forme de couronne (4), une zone médiane de forme conique (6) et une zone centrale en forme de disque (8), la zone périphérique (4) étant munie de segments abrasifs (20), des ouvertures permettant l'aspiration ou l'insufflation d'air étant prévues dans la zone périphérique (4), caractérisé en ce que les segments abrasifs (20) ont en substance une forme d'accent circonflexe, et présentent une aile (22) s'étendant sensiblement suivant le pourtour du disque (18), et une aile (24) s'étendant sensiblement du pourtour vers le centre du disque (18).
  2. Disque abrasif de meulage (18) suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les segments abrasifs (20) ont en substance la forme d'une aube, le profil de cette aube étant déterminé de telle sorte que, lorsque le disque (18) est en rotation, l'air aspiré ou insufflé s'écoule avec une vitesse absolue suivant les rayons du disque.
  3. Disque abrasif de meulage (18) suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les segments abrasifs (20) présentent un profil en forme de spirale parabolique.
  4. Segment abrasif (20) apte à être utilisé dans un disque abrasif de meulage (18) suivant l'une quelconque des revendications précédentes.
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