FR3143396A1 - Buse de distribution de fluide et installation d’usinage comportant une telle buse - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une buse (1) de distribution de fluide comprenant un corps de buse (14), un circuit de fluide (15) traversant ledit corps de buse (14) et s’étendant depuis au moins un orifice d’entrée (5) configuré pour être alimenté en fluide jusqu’à au moins un orifice de sortie (6), une surface d’appui (14c) dudit corps de buse (14) destinée à être agencée en regard d’au moins une partie de l’outil d’usinage (4) et/ou d’un porte-outil (2) destiné à porter ledit outil d’usinage (4), une surface arrière (14a) et une surface avant (14b) dudit corps de buse (14) agencées de part et d’autre de la surface d’appui (14c), ledit au moins un orifice de sortie (6) étant aménagé sur la surface avant (14b) de la buse (1). Selon l’invention, l’orifice d’entrée (5) est aménagé sur la surface arrière (14a) de la buse (1).
Figure pour l’abrégé : [Fig.1]
Description
La présente invention concerne une buse de distribution de fluide apte et destinée à être utilisée dans une installation et un procédé d’usinage pour distribuer ledit fluide au niveau d’au moins une partie d’une zone d’usinage et/ou d’au moins une partie de l’outil d’usinage. L’invention concerne également un ensemble buse et porte-outil ainsi qu’une installation d’usinage comportant ladite buse ou comportant ledit ensemble. La buse selon l’invention permet de distribuer ledit fluide afin de refroidir la zone d’usinage et/ou l’outil d’usinage. Outre son effet refroidissant, le fluide peut aussi avoir un effet de lubrification de la zone et/ou de l’outil d’usinage.
L’invention peut être mise en œuvre dans différents procédés d’usinage tels le perçage, le coupage, le tournage, le fraisage, l’alésage. L’usinage s’entend d’un procédé d’enlèvement de matière de pièces brutes afin de leur donner la dimension et forme voulue. Elle s’applique notamment à l’usinage d’une ou plusieurs pièces métalliques. La buse selon l’invention est particulièrement adaptée pour la distribution de liquide cryogénique ou de fluide supercritique.
Par liquide cryogénique, on entend un fluide refroidi à une température inférieure à sa température d’ébullition, à la pression considérée. En particulier, un fluide cryogénique est refroidi à une température suffisamment basse pour être à l’état liquide à la pression atmosphérique, notamment à une température inférieure à -50°C, en particulier inférieure à -170°C, voire inférieure à -200°C. Une buse selon l’invention peut notamment être utilisée pour la distribution d’azote liquide ou de dioxyde de carbone liquide.
Par fluide supercritique, on entend un fluide dont la température est portée au-delà de sa température critique et dont la pression est supérieure à celle de sa pression critique. Un fluide supercritique présente un comportement et des propriétés intermédiaires entre l'état de gaz et l'état de fluide, il est dense et compressible.
Les dispositifs d’usinage comportent généralement un outil d’usinage, également appelé outil de coupe, utilisé pour enlever de la matière et ainsi mettre en forme la pièce, et un porte-outil auquel l’outil peut être fixé. L’enlèvement de matière s’accompagne de la formation de copeaux. Par ailleurs, lors de l’interaction entre l’outil de coupe et le matériau de la pièce à usiner, il se produit des phénomènes d’échauffement, de friction et/ou de frottements au niveau de la zone usinée et/ou de l’outil d’usinage qui nécessitent l’utilisation d’un système de refroidissement et/ou de lubrification de la zone d’usinage.
La gestion de l’évacuation de la chaleur et des copeaux revêt une importance capitale. Les températures élevées engendrées par la friction lors de la coupe sont la principale cause de dommage sur les outils et peuvent limiter la vitesse de coupe, voire engendrer des défauts dans les produits finis.
Dans ce contexte, il est habituel de distribuer un fluide refroidissant et/ou lubrifiant, également appelé fluide de coupe, au niveau de la zone d’usinage, de façon à réduire l’échauffement entre l’outil et la pièce usinée, à lubrifier la zone d’interaction entre l’outil et la pièce, à diminuer les frottements entre les copeaux générés au cours de l’usinage et l’outil, et à évacuer les copeaux formés. Cela permet d’accroître la durée de vie de l’outil et d’améliorer la qualité et la précision d’usinage. En tant que fluide de coupe, on peut utiliser classiquement des lubrifiants à base d’huile ou des émulsions huileuses et aqueuses.
Toutefois, les fluides refroidissants et/ou lubrifiants classiques peuvent se révéler insuffisamment efficaces ou inadaptés selon les applications visées. Ainsi, dans les cas d’usinage requérant un fort refroidissement, comme l’usinage de matériaux durs tels que l’acier inoxydable à grande vitesse d’usinage, la chaleur générée est trop importante pour pouvoir être absorbée efficacement par les fluides classiques. Les huiles sont également inadaptées du fait des contaminations de surface et/ou environnementales qu’elles génèrent. L’alternative de l’usinage à sec n’est quant à elle envisageable que dans les procédés nécessitant un faible niveau de refroidissement.
Plus récemment sont apparues des solutions d’assistance à l’usinage par liquide cryogénique, comme l’azote liquide ou le dioxyde de carbone liquide, ou par fluide supercritique. De tels procédés sont notamment décrits dans WO-A-2014/170583 ou WO-A-2020/212187 déposées par la Demanderesse. Outre de meilleures performances de refroidissement et de lubrification de la zone d’usinage, ces fluides permettent aussi de réduire la contamination des surfaces et des copeaux générés, ce qui facilite le recyclage des copeaux et améliore la durée de vie des outils.
Une mise en œuvre efficace d’un fluide cryogénique impose de maximiser la quantité de fluide projeté à l’état liquide sur l’outil et la zone d’usinage. En effet, si le jet de fluide contient du gaz, sa capacité de refroidissement est dégradée. En vue d’atteindre des performances maximales, un élément clé est la conception de la buse de distribution du fluide. On connaît ainsi de WO-A-2007/145649 et WO-A-2017/003342 des buses de distribution de fluide comportant un ou deux circuits internes de distribution de fluide dans lesquelles l’alimentation en fluide cryogénique s’effectue par l’intermédiaire des porte-outils. Le porte-outil est muni d’un conduit d’acheminement de fluide communiquant fluidiquement avec le circuit de fluide de la buse lorsque celle-ci est montée sur le porte-outil. L’inconvénient avec ce type de configuration est que la buse est dépendante du porte-outil, ce qui nécessite pour une installation existante, un changement du ou des porte-outils pour la mise en place d’une assistance cryogénique de l’usinage. De plus, la configuration d’acheminement du fluide à partir du porte-outil impose un changement de direction important entre l’orifice d’entrée et le circuit de fluide, de l’ordre de 90°. Il s’ensuit une augmentation des pertes de charge et un risque accru de vaporisation du fluide cryogénique (phénomène dit de « flash »), ce qui réduit la quantité de fluide distribué à l’état liquide sur l’outil et dégrade les performances de refroidissement et de lubrification.
Par ailleurs, on connaît de WO-A-2011/161670 une buse comprenant un circuit de fluide indépendant du porte-outil dont l’alimentation s’effectue par un orifice agencé sur le dessus de la buse. Mais dans cette configuration, le fluide subit également un changement de direction important entre sa direction d’alimentation et sa direction d’éjection de la buse, ce qui génère des pertes de charges importantes sur le fluide. En outre, une machine, i. e. installation, d’usinage comprend généralement un système de mise en rotation de la pièce et une tourelle qui supporte plusieurs outils et se déplace afin de positionner l’outil à la position souhaitée par rapport à la pièce qui tourne. La tourelle a un axe de rotation parallèle à celui de la pièce. De par leur conception, les machines d’usinage utilisent pour la plupart un acheminement des fluides de coupe selon un axe parallèle à l’axe de rotation de la pièce et/ou de l’outil. C’est en effet dans cette configuration que le système d’alimentation en fluide accompagne au mieux les mouvements de la machine. Les canalisations d’amenée de fluide cryogénique sont rigides et relativement encombrantes. Une alimentation en fluide par le dessus de la buse, c’est-à-dire selon un axe orthogonal à l’axe de rotation de la machine, nécessite de revoir la configuration de la machine pour permettre son fonctionnement.
Il est à noter que les systèmes actuels pour l’assistance de l’opération d'usinage par fluide cryogénique n’utilisent généralement pas de buses alimentées de manière indépendante du porte-outils. Une des raisons qui poussent les utilisateurs à privilégier une alimentation par le porte-outils vient du fait que l’alimentation générale en fluide de coupe s’effectue par une tourelle supportant plusieurs porte-outils. Ainsi, avec une alimentation générale de la tourelle, il est possible d’alimenter différents porte-outils avec différents outils, et donc d’utiliser une multitude d’outils sans intervenir en cours d’usinage sur la machine. Si cela est pertinent en usinage assisté par huile ou émulsion, cela devient limité pour l’assistance par cryogénie car l’acheminement du liquide cryogénique par la tourelle, puis par le porte-outils peut entraîner d’importantes pertes thermiques, favorisant le changement d’état du fluide de l’état liquide à l’état gazeux. Notons par ailleurs qu’il n’existe pas dans les systèmes actuels d’isolant thermique au sein de la buse et/ou entre la buse et le porte-outils, ce qui accroît davantage le phénomène de vaporisation du fluide cryogénique par transfert thermique aux parois et de ce fait entraîne une baisse du rendement de l’assistance cryogénique. Pour un liquide cryogénique, les pertes thermiques via le porte-outils peuvent entraîner une augmentation de sa température et le passage à un fluide diphasique, impliquant une baisse de la capacité de refroidissement de la pièce et donc une usure prématurée des outils d’usinage. Pour un fluide supercritique, les pertes thermiques via le porte-outils peuvent entraîner une diminution de sa température à une valeur inférieure à la température critique, se traduisant par un passage à l’état liquide et une perte des propriétés spécifiques du fluide à l’état supercritique.
La présente invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes mentionnés ci-avant, en proposant une buse de distribution de fluide permettant de distribuer un fluide, notamment un liquide cryogénique ou un fluide supercritique, dans les meilleures conditions possibles au niveau de l’outil et/ou de la zone d’usinage et dont la mise en œuvre offre plus de flexibilité que dans l’art antérieur.
Dans ce but, l’invention a pour objet une buse de distribution de fluide, notamment de fluide cryogénique, comprenant
- un corps de buse,
- un circuit de fluide traversant ledit corps de buse et s’étendant depuis au moins un orifice d’entrée configuré pour être alimenté en fluide jusqu’à au moins un orifice de sortie configuré pour distribuer ledit fluide au niveau d’au moins une partie d’une zone d’usinage et/ou d’un outil d’usinage,
- une surface d’appui dudit corps de buse destinée à être agencée en regard d’au moins une partie de l’outil d’usinage et/ou d’un porte-outil destiné à porter ledit outil d’usinage,
- une surface arrière et une surface avant dudit corps de buse agencées de part et d’autre de la surface d’appui, ledit au moins un orifice de sortie étant aménagé sur la surface avant de la buse,
- caractérisée en ce que ledit au moins un orifice d’entrée est aménagé sur la surface arrière de la buse.
Selon le cas, l’échangeur selon l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques énoncées ci-après.
Ledit orifice d’entrée est positionné à une première distance de la surface d’appui et ledit au moins un orifice de sortie est positionné à une deuxième distance de la surface d’appui, la première distance et la deuxième distance étant mesurées orthogonalement à la surface d’appui et la première distance étant supérieure à la deuxième distance.
La première distance est supérieure à la deuxième distance d’un facteur multiplicateur d’au moins 1,5, de préférence d’au plus 40, de préférence encore compris entre 5 et 25.
Le circuit de fluide comprend, successivement depuis l’orifice d’entrée vers l’orifice de sortie, une portion arrière et une portion avant, ledit circuit de fluide comprenant en outre une portion intermédiaire reliée à la portion arrière d’une part et à la portion avant d’autre part, la portion intermédiaire ayant des parois définissant, dans un plan de coupe orthogonal à la surface d’appui, un profil interne formé de deux courbes présentant chacune un point d’inflexion.
Chaque courbe du profil interne présente des concavités opposées de part et d’autre des points d’inflexion, lesdites concavités ayant des rayons de courbure compris entre 5 et 40 mm, de préférence compris entre 10 et 20 mm.
La surface arrière du corps de buse s’étend globalement orthogonalement à la surface d’appui dudit corps de buse.
La buse comprend, sur la surface arrière du corps de buse, une partie d’assemblage reliée fluidiquement à l’orifice d’entrée d’une part et configurée pour être reliée mécaniquement et fluidiquement à une canalisation d’amenée de fluide d’autre part, la partie d’assemblage ayant une dimension externe, mesurée orthogonalement à la surface d’appui, d’au moins 10 mm, de préférence comprise entre 15 et 25 mm.
Le corps de buse comprend un orifice de fixation traversant ledit corps de buse dans une direction sensiblement orthogonale à la surface d’appui, le circuit de fluide comprenant une portion de contournement agencée entre la portion avant et la portion intermédiaire et espacée dudit orifice de fixation, les parois de la portion de contournement définissent, dans un plan de coupe parallèle à la surface d’appui, deux portions de courbes concaves, avec des rayons de courbures préférentiellement compris entre 1 et 20 mm, en particulier compris entre 5 et 15 mm.
Au moins une partie du circuit de fluide est divisée, en amont de la portion arrière, en deux canaux internes débouchant chacun sur un orifice de sortie respectif et ayant chacun une portion de contournement agencées de part et d’autre de l’orifice de fixation.
Le circuit de fluide présente une diminution de sa section de passage de fluide en direction de l’orifice de sortie, l’orifice d’entrée présentant une première section de passage de fluide et l’orifice de sortie présentant une deuxième section de passage de fluide, la deuxième section de passage de fluide étant inférieure à la première section de passage de fluide d’un facteur multiplicateur d’au moins 15, de préférence d’au plus 70, de préférence encore compris entre 20 et 30.
Le circuit de fluide comprend, successivement depuis l’orifice d’entrée vers l’orifice de sortie, une portion arrière débouchant sur l’orifice d’entrée et orientée suivant un axe arrière et une portion avant débouchant sur l’orifice de sortie et orientée suivant un axe avant, l’axe arrière s’étendant parallèlement à la surface d’appui.
L’axe avant forme avec l’axe arrière, dans un plan de coupe orthogonal à la surface d’appui et passant par l’axe avant, un premier angle non nul entre ces axes allant jusqu’à 45°, de préférence compris entre 1 et 10°, et/ou l’axe avant forme avec l’axe arrière, dans un plan de coupe parallèle à la surface d’appui et passant par l’axe avant, un deuxième angle inférieur ou égal à 180°, de préférence compris entre 90 et 153°.
La surface d’appui comprend une texturation de surface sous la forme de reliefs ou d’une structure poreuse formés sur au moins une partie de ladite surface d’appui.
Le corps de buse présente, dans une direction orthogonale à la surface d’appui, une diminution progressive de sa hauteur en direction de l’orifice de sortie.
En outre, l’invention concerne un ensemble formé d’une buse de distribution de fluide selon l’invention et d’un porte-outil, dans lequel ladite buse de distribution de fluide est solidarisée audit porte-outil avec la surface d’appui du corps de buse agencée en regard d’au moins une partie du porte-outil, ledit porte-outil étant dépourvu de tout moyen de circulation de fluide.
Par ailleurs, l’invention a trait à une installation d’usinage cryogénique comprenant au moins un outil de coupe, un porte-outil portant l’outil de coupe, une buse de distribution de fluide solidarisée audit porte-outil avec la surface d’appui du corps de buse agencée en regard d’au moins une partie du porte-outil, une source de fluide cryogénique, au moins une canalisation d’amenée de fluide cryogénique à isolation thermique reliant fluidiquement ladite source de fluide cryogénique à au moins un orifice d’entrée de ladite buse, ladite canalisation ayant de préférence une dimension extérieure d’au moins 25 mm, la buse étant configurée selon l’invention ou la buse et le porte-outil formant un ensemble selon l’invention.
L’invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures ci-annexées parmi lesquelles :
En référence à , et , une buse 1 de distribution de fluide selon un mode de réalisation de l’invention comprend un corps de buse 14 et un circuit de fluide 15 traversant ledit corps de buse 14. Le circuit 15 s’étend depuis au moins un orifice d’entrée 5 jusqu’à au moins un orifice de sortie 6. Le fluide est distribué par l’orifice de sortie 6 au niveau de l’outil d’usinage et/ou de la zone d’usinage, en particulier la zone de la pièce où se produit l’enlèvement de matière et la génération du copeau.
En fonctionnement, l’orifice d’entrée 5 est alimenté en fluide, de préférence à partir d’une canalisation 18 d’amenée de fluide reliée à une source ou un réservoir de fluide (non illustrée). De façon connue en soi, le réservoir est avantageusement un réservoir cryogénique isolé thermiquement. Son enceinte peut comprendre deux parois périphériques séparées par un espace rempli de matériau isolant, tel la perlite, et tiré sous vide permettant d’isoler thermiquement le contenu du réservoir.
De préférence, le fluide comprend de l’azote liquide, du dioxyde de carbone liquide et/ou du dioxyde de carbone supercritique. Notons que le fluide peut être formé d’un seul composant mais que l’utilisation d’un mélange de plusieurs composants distincts est envisageable. Le liquide cryogénique est alors un fluide refroidi à une température inférieure à la température d’ébullition la plus basse de ces composants. En particulier, le fluide peut être formé d’azote liquide à une température inférieure ou égale à -196 °C. Le fluide peut également être formé de dioxyde de carbone supercritique à une température supérieure ou égale à 31 °C.
La canalisation 18 est avantageusement une canalisation munie d’une isolation thermique, en particulier une canalisation à double enveloppe isolante. De préférence, la canalisation 18 comprend un tube intérieur apte et destiné à canaliser le fluide cryogénique depuis une source de fluide cryogénique vers l’orifice d’entrée 5 et un tube extérieur agencé autour du tube intérieur, avec des moyens d’isolation fluidique du volume formé entre le tube intérieur et le tube extérieur par rapport à l’environnement extérieur. On peut ainsi établir un vide et/ou agencer un matériau isolant thermiquement dans le volume délimité entre les tubes intérieur et extérieur. De préférence, la canalisation 18 présente une dimension extérieure d’au moins 25 mm, de préférence encore d’au moins 28 mm, en particulier d’au moins 50 mm. En particulier, la canalisation est de forme globalement cylindrique et la dimension extérieure correspond au diamètre extérieur de la canalisation.
Le corps de buse 14 comprend une surface d’appui 14c agencée, lorsque la buse est montée sur le porte-outil 2 supportant l’outil 4, en regard d’au moins une partie de l’outil d’usinage 4 et/ou du porte-outil 2. De préférence, au moins une partie de la surface d’appui 14c s’étend globalement dans un plan, ledit plan étant en particulier parallèle à au moins une partie d’une surface supérieure du porte-outil 2 et/ou de l’outil 4 en regard de laquelle est agencée la surface d’appui 14c. En particulier, la surface d’appui 14c comprend, lorsque la buse est assemblée au porte-outil 2, au moins une partie en contact avec l’outil d’usinage 4 et/ou le porte-outil 2. Le corps de buse 14 comprend en outre une surface arrière 14a et une surface avant 14b agencées à l’opposé l’une de l’autre, de part et d’autre de la surface d’appui 14c. Notons que le corps de buse 14 peut comprendre également une surface supérieure 14d opposée à la surface d’appui 14c et des parois latérales reliant la surface supérieure 14d et la surface d’appui 14c. De préférence, la surface arrière 14a et/ou la surface avant 14b s’étendent globalement orthogonalement à la surface d’appui 14c.
L’orifice de sortie 6 est aménagé sur la surface avant 14b de la buse 1. Dans le cas illustré, la buse 1 comprend deux orifices de sortie 6 débouchant au niveau de la surface avant 14b. Selon l’invention, l’orifice d’entrée 5 est aménagé sur la surface arrière 14a de la buse 1. Ainsi, il est possible d’alimenter la buse 1 en fluide sans passer par le porte-outil 2. Contrairement aux dispositifs de l’art antérieur dans lesquels le circuit de fluide de la buse est relié fluidiquement avec un conduit d’acheminement de fluide aménagé au sein du porte-outil 2, le circuit de fluide de la buse selon l’invention est indépendant du porte-outil. Cela améliore la flexibilité de l’installation d’usinage dans la mesure où une même buse peut s’adapter plus facilement sur différents porte-outils, ou à l’inverse, différentes buses peuvent être adaptées sur un même porte-outil. Une buse selon l’invention peut ainsi s’adapter sur une installation d’usinage existante. On évite aussi de devoir aménager une connexion mécanique et fluidique entre le porte-outil et la buse, ce type de connexion favorisant les pertes de charge et une éventuelle vaporisation d’un fluide cryogénique. Cela permet de réduire les pertes thermiques subies par le fluide, et donc de maximiser la quantité de fluide projeté à l’état liquide ou supercritique sur la zone à refroidir. En outre, le positionnement de l’orifice d’entrée 5 sur la surface arrière de la buse réduit les changements de direction subis par le fluide lors de son écoulement le long du circuit de fluide. On réduit ainsi les pertes de charges subies par le fluide et de là les phénomènes de vaporisation et de passage à l’état diphasiques associés.
En outre, le positionnement de l’orifice d’entrée 5 sur la surface arrière de la buse permet une alimentation en fluide une machine suivant un axe parallèle à l’axe de rotation de la machine. La buse selon l’invention peut donc être mise en œuvre sans qu’il ne soit nécessaire de modifier la configuration de la machine. Le système d’alimentation en fluide n’entrave pas les mouvements de la machine. L’intégration d’une canalisation d’amenée de fluide cryogénique avec une machine existante est grandement facilitée.
En référence à , l’orifice d’entrée 5 peut être avantageusement positionné à une première distance h1 de la surface d’appui 14c et l’orifice de sortie 6 est positionné à une deuxième distance h2 de la surface d’appui 14c, avec la première distance h1 supérieure à la deuxième distance h2. La première distance h1 et la deuxième distance h2 sont mesurées orthogonalement à la surface d’appui 14c. La hauteur d’un orifice s’entend de la position du centre dudit orifice suivant la direction de mesure de la hauteur, c’est-à-dire de la distance séparant le centre de la surface d’appui 14c mesurée dans cette direction orthogonale à la surface 14c. Ainsi, l’orifice d’entrée 5 se trouve déporté par rapport à la surface d’appui 14a, ce qui permet d’y connecter une canalisation relativement encombrante, comme c’est le cas notamment avec les canalisations isolées thermiquement dont le diamètre externe peut être compris entre 28 et 60 mm, sans pour autant que la canalisation entrave les déplacements du porte-outil ou que la canalisation entre en contact avec un élément de la machine. L’orifice de sortie 6 est quant à lui positionné plus près de la surface d’appui 14c de façon à distribuer le fluide cryogénique dans les meilleures conditions possibles et à refroidir efficacement la zone d’usinage.
De préférence, la première distance h1 est supérieure à la deuxième distance h2 d’un facteur multiplicateur d’au moins 1,5, de préférence d’au plus 40, de préférence encore compris entre 5 et 25. De tels facteurs permettent de limiter la courbure du circuit interne et d’abaisser les pertes de charges subies par le fluide. La première distance h1 peut notamment être comprise entre 7 et 20 mm, en particulier entre 9 et 13 mm, et la deuxième distance h2 peut notamment être comprise entre 0,2 et 18 mm, en particulier entre 0,5 et 2 mm.
Notons que d’autres orientations de l’axe avant A’ et de l’axe arrière A sont envisageables, en particulier un premier angle B non nul entre ces axes allant jusqu’à 45°, de préférence compris entre 1 et 10°, dans un plan de coupe orthogonal à la surface d’appui 14c et passant par l’axe avant A, et/ou un deuxième angle C inférieur ou égal à 180° entre ces axes, de préférence compris entre 90 et 153°, dans un plan de coupe parallèle à la surface d’appui 14c et passant par l’axe avant A. De telles configurations sont illustrée sur . De tels angles permettent de limiter les changements de direction vus par le fluide au sein de la buse.
En particulier, chaque courbe C1, C2 du profil interne peut présenter des concavités opposées de part et d’autre des points d’inflexion P1, P2, lesdites concavités ayant des rayons de courbure compris entre 5 et 40 mm, de préférence compris entre 10 et 20 mm. De telles valeurs permettent de limiter les changements de direction vus par le fluide au sein de la buse tout en facilitant l’intégration de la canalisation 8 avec la configuration de la machine.
De préférence, la buse 1 comprend sur sa surface arrière 14a une partie d’assemblage 7 reliée fluidiquement à l’orifice d’entrée 5 d’une part et configurée pour être reliée mécaniquement et fluidiquement à une canalisation 18 d’amenée de fluide d’autre part. La partie d’assemblage 7 a une dimension externe, mesurée orthogonalement à la surface d’appui 14a, d’au moins 10 mm, de préférence comprise entre 15 et 25 mm. La partie d’assemblage 7 est de préférence une pièce tubulaire comprenant une surface extérieure filetée ou une surface intérieure taraudée, coopérant avec un filetage ou un taraudage complémentaire de la canalisation 18. De préférence le partie d’assemblage est formée d’un seul tenant avec le corps de buse 14.
La buse 1 peut comprendre des moyens de fixation du corps de buse 14 avec le porte-outil 2. En particulier, le corps de buse 14 peut comprendre un orifice de fixation 3 traversant qui s’étend dans une direction sensiblement orthogonale à la surface d’appui 14c. L’orifice 3 est configurée pour recevoir un moyen de fixation, tel une vis, destiné à solidariser la buse 1 au porte-outil 2. Dans cette configuration, le circuit de fluide 15 comprenant une portion de contournement 15d agencée entre la portion avant 15b et la portion intermédiaire 15c et espacée dudit orifice de fixation 3. Les parois de la portion de contournement 15d définissent, dans un plan de coupe parallèle à la surface d’appui 14c, deux portions de courbes concaves, avec des rayons de courbures préférentiellement compris entre 1 et 20 mm, en particulier compris entre 5 et 15 mm.
De préférence, au moins une partie du circuit de fluide est divisée, en amont de la portion arrière 15a, en au moins deux canaux internes débouchant chacun sur un orifice de sortie 6 respectif et ayant chacun une portion de contournement 15c agencées de part et d’autre de l’orifice de fixation 3. Cela permet d’équilibrer la distribution de fluide dans la largeur de la buse.
De préférence, le circuit de fluide 15 présente une diminution de sa section de passage de fluide en direction de l’orifice de sortie 6, l’orifice d’entrée 5 présentant une première section de passage de fluide et l’orifice de sortie 6 présentant une deuxième section de passage de fluide, la deuxième section étant inférieure à la première section d’un facteur multiplicateur d’au moins 15, de préférence d’au plus 70, de préférence encore compris entre 20 et 30. Cela permet d'accroître la vitesse d'éjection du fluide en sortie de la buse.
A noter que par « section de passage de fluide », on entend une surface transversale d’un circuit à travers laquelle le fluide peut s’écouler. Par exemple sur et , la section transversale de la portion arrière 15a est déterminée dans un plan orthogonal à l’axe arrière A et à la surface d’appui 14c.
L’orifice de sortie 6 et/ou l’orifice d’entrée 5 peuvent présenter une section circulaire. Le diamètre de l’orifice de sortie 6 peut aller de 0,1 à 4 mm Le ratio entre le diamètre de l’orifice d’entrée 5 et l’orifice de sortie 6 peut être compris entre 1 et 100, de préférence entre 2 et 15. L’orifice d’entrée 5 a un diamètre pouvant être compris entre 4 et 24 mm. Le ratio entre le diamètre de l’orifice d’entrée et de l’entrée de chacun des canaux après division est idéalement compris entre 1 et 20, de préférence compris entre 2 et 4.
De préférence, le corps de buse 14 présente, dans une direction orthogonale à la surface d’appui 14c, une diminution progressive de sa hauteur en direction de l’orifice de sortie 6. Cela réduit l’encombrement de la buse et permet d’accéder plus facilement à certaines zones de la pièce à usiner. Typiquement, le ratio entre la hauteur maximale et la hauteur minimale du corps de buse peut être compris entre 1 et 5.
On pourra adapter les dimensions du corps de buse et du circuit de fluide en fonction de la zone de la pièce à usiner.
Dans les modes de réalisation illustrés, le circuit de fluide 15 peut être formé d’une portion arrière 15a de section circulaire se divisant au niveau d’une jonction avec la portion intermédiaire 15c en deux canaux internes ayant chacun des sections circulaires et des diamètres diminuant progressivement depuis la jonction en direction de la portion avant 15b. La portion arrière 15a peut également présenter une diminution progressive de sa section en direction de la portion avant 15b. Au point de division de la portion arrière, les parois des canaux internes forment l’une avec l’autre un profil concave ayant de préférence un rayon de courbure compris entre 0,05 et 10 mm. Cette configuration permet de limiter le risque de création de zones de basse pression. Ces zones de dépression sont à éviter car elles favorisent la détente du fluide et l’apparition de gaz, nuisant ainsi à l’efficacité thermique recherchée.
Avantageusement, au moins une partie de la surface d’appui 14c du corps de buse 14 présente une texturation de surface 19 sous la forme de reliefs ou d’une structure poreuse. Cela permet de réduire le transfert thermique pouvant se produire du fluide vers le porte-outil, via la buse. De par la présence de reliefs ou de porosités, la surface d’appui 14c du corps de buse 14 présente une partie de sa surface dépourvue de matière. De préférence, la texturation de surface est conformée de sorte que le ratio entre la surface dépourvue de matière et la surface avec de la matière soit le plus faible possible, de préférence compris entre 5 et 50%, de préférence encore entre 10 et 20%. De préférence, la surface d’appui présente une première bordure 20 agencée en périphérie de la surface d’appui 14c dépourvue de texturation, i. e. pleine, et éventuellement une deuxième bordure 21 agencée autour de l’orifice de fixation 3 dépourvue de texturation.
A noter que la texturation de surface 19 peut être sous la forme de reliefs, ou motifs, imprimés ou réalisés dans ou sur la matière constitutive du corps de buse. De préférence, ces reliefs définissent, en coupe transversale, des cavités ouvertes sur la surface d’appui. Par exemple, des micro-reliefs ou taille ou morphologie diverses, tels des gorges, discrètes ou ininterrompues, des stries, des protubérances, … pourront être formés ou déposés à la surface.
Claims (16)
- Buse (1) de distribution de fluide, notamment de fluide cryogénique, comprenant :
- un corps de buse (14),
- un circuit de fluide (15) traversant ledit corps de buse (14) et s’étendant depuis au moins un orifice d’entrée (5) configuré pour être alimenté en fluide jusqu’à au moins un orifice de sortie (6) configuré pour distribuer ledit fluide au niveau d’au moins une partie d’une zone d’usinage et/ou d’un outil d’usinage (4),
- une surface d’appui (14c) dudit corps de buse (14) destinée à être agencée en regard d’au moins une partie de l’outil d’usinage (4) et/ou d’un porte-outil (2) destiné à porter ledit outil d’usinage (4),
- une surface arrière (14a) et une surface avant (14b) dudit corps de buse (14) agencées de part et d’autre de la surface d’appui (14c), ledit au moins un orifice de sortie (6) étant aménagé sur la surface avant (14b) de la buse (1),
- Buse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit orifice d’entrée (5) est positionné à une première distance (h1) de la surface d’appui (14c) et ledit au moins un orifice de sortie (6) est positionné à une deuxième distance (h2) de la surface d’appui (14c), la première distance (h1) et la deuxième distance (h2) étant mesurées orthogonalement à la surface d’appui (14c) et la première distance (h1) étant supérieure à la deuxième distance (h2).
- Buse selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la première distance (h1) est supérieure à la deuxième distance (h2) d’un facteur multiplicateur d’au moins 1,5, de préférence d’au plus 40, de préférence encore compris entre 5 et 25.
- Buse selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit de fluide (15) comprend, successivement depuis l’orifice d’entrée (5) vers l’orifice de sortie (6), une portion arrière (15a) et une portion avant (15b), ledit circuit de fluide (15) comprenant en outre une portion intermédiaire (15c) reliée à la portion arrière (15a) d’une part et à la portion avant (15b) d’autre part, la portion intermédiaire (15c) ayant des parois définissant, dans un plan de coupe orthogonal à la surface d’appui (14c), un profil interne formé de deux courbes (C1, C2) présentant chacune un point d’inflexion (P1, P2).
- Buse selon la revendication 4, caractérisée en ce que chaque courbe (C1, C2) du profil interne présente des concavités opposées de part et d’autre des points d’inflexion (P1, P2), lesdites concavités ayant des rayons de courbure compris entre 5 et 40 mm, de préférence compris entre 10 et 20 mm.
- Buse selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface arrière (14a) du corps de buse (14) s’étend globalement orthogonalement à la surface d’appui (14c) dudit corps de buse (14).
- Buse selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend, sur la surface arrière (14a) du corps de buse (14), une partie d’assemblage (7) reliée fluidiquement à l’orifice d’entrée (5) d’une part et configurée pour être reliée mécaniquement et fluidiquement à une canalisation (18) d’amenée de fluide d’autre part, la partie d’assemblage (7) ayant une dimension externe, mesurée orthogonalement à la surface d’appui (14a), d’au moins 10 mm, de préférence comprise entre 15 et 25 mm.
- Buse selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps de buse (14) comprend un orifice de fixation (3) traversant ledit corps de buse (14) dans une direction sensiblement orthogonale à la surface d’appui (14c), le circuit de fluide (15) comprenant une portion de contournement (15d) agencée entre la portion avant (15b) et la portion intermédiaire (15c) et espacée dudit orifice de fixation (3), les parois de la portion de contournement (15d) définissent, dans un plan de coupe parallèle à la surface d’appui (14c), deux portions de courbes concaves, avec des rayons de courbures préférentiellement compris entre 1 et 20 mm, en particulier compris entre 5 et 15 mm.
- Buse selon la revendication 8, caractérisée en ce qu’au moins une partie du circuit de fluide est divisée, en amont de la portion arrière (15a), en deux canaux internes débouchant chacun sur un orifice de sortie (6) respectif et ayant chacun une portion de contournement (15c) agencées de part et d’autre de l’orifice de fixation (3).
- Buse selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit de fluide (15) présente une diminution de sa section de passage de fluide en direction de l’orifice de sortie (6), l’orifice d’entrée (5) présentant une première section de passage de fluide et l’orifice de sortie (6) présentant une deuxième section de passage de fluide, la deuxième section de passage de fluide étant inférieure à la première section de passage de fluide d’un facteur multiplicateur d’au moins 15, de préférence d’au plus 70, de préférence encore compris entre 20 et 30.
- Buse selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit de fluide (15) comprend, successivement depuis l’orifice d’entrée (5) vers l’orifice de sortie (6), une portion arrière (15a) débouchant sur l’orifice d’entrée (5) et orientée suivant un axe arrière (A) et une portion avant (15b) débouchant sur l’orifice de sortie (6) et orientée suivant un axe avant (A’), l’axe arrière (A) s’étendant parallèlement à la surface d’appui (14c).
- Buse selon la revendication 11, caractérisée en ce que l’axe avant (A’) forme avec l’axe arrière (A), dans un plan de coupe orthogonal à la surface d’appui (14c) et passant par l’axe avant (A), un premier angle (B) non nul entre ces axes allant jusqu’à 45°, de préférence compris entre 1 et 10°, et/ou l’axe avant (A’) forme avec l’axe arrière (A), dans un plan de coupe parallèle à la surface d’appui (14c) et passant par l’axe avant (A), un deuxième angle (C) inférieur ou égal à 180°, de préférence compris entre 90 et 153°.
- Buse selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface d’appui (14c) comprend une texturation de surface sous la forme de reliefs ou d’une structure poreuse formés sur au moins une partie de ladite surface d’appui (14c).
- Buse selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps de buse (14) présente, dans une direction orthogonale à la surface d’appui (14c), une diminution progressive de sa hauteur en direction de l’orifice de sortie (6).
- Ensemble formé d’une buse (1) de distribution de fluide et d’un porte-outil (2), dans lequel ladite buse (1) de distribution de fluide est solidarisée audit porte-outil (2) avec la surface d’appui (14c) du corps de buse (14) agencée en regard d’au moins une partie du porte-outil (2), la buse étant telle que définie par l’une des revendications 1 à 13, ledit porte-outil (2) étant dépourvu de tout moyen de circulation de fluide.
- Installation d’usinage cryogénique comprenant au moins un outil de coupe (4), un porte-outil (2) portant l’outil de coupe (4), une buse (1) de distribution de fluide solidarisée audit porte-outil (2) avec la surface d’appui (14c) du corps de buse (14) agencée en regard d’au moins une partie du porte-outil (2), une source de fluide cryogénique, au moins une canalisation (18) d’amenée de fluide cryogénique à isolation thermique reliant fluidiquement ladite source de fluide cryogénique à au moins un orifice d’entrée (5) de ladite buse (1), ladite canalisation (18) ayant de préférence une dimension extérieure d’au moins 25 mm, la buse étant telle que définie par l’une des revendications 1 à 14 ou la buse (1) et le porte-outil (2) formant un ensemble tel que défini par la revendication 15.
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