Brevet FR2174923A1 — publié le 19731019

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour donner forme à des articles et plus particulièrement à un procédé et à un appareil pour donner une forme de dôme à au moins une partie d'un article0 L'invention concerne aussi certains articles dont une partie au moins a une forme de dôme. Dans la fabrication de différents genres d'ar- ticles, on peut souhaiter qu'une partie au moins de l'article ait la forme d'un dôme. Par exemple, en conformant des diodes au phosphure de gallium destinées à servir dtindicateurs lumi neuf dans des appareils téléphoniques, il est avantageux que la surface de la diode ait la forme d'un dOme. La lumière émise par une diode de ce genre est distribuée de manière sensiblement uniforme au pourtour de la surface en forme de ddme. Ainsi, la partie éclairée peut ttre werçue dans toutes les directions. Une analyse des formes avantageuses de diodes de ce genre a été faite par V. N. Carr dans un article intitulé "Photometric Figures 0f Merit for Semiconductor Luminescent Sources Operating in Spontaneous Mode" dans "Infrared Physicvn, 1966, Vol. 6, pp 119, Pergamon Press, G.30 Les dimensions et/ou la matière de l'article peuvent, cependant, rendre difficile de donner à l'objet une forme de dame. Un diamètre typique du dome, pour une diode au phosphure de gallium, serait d'environ 0,61 mm pour l'emploi dans un appareil téléphonique.D'autre part, le phosphure de gallium cristallin est très-fragile. Des procédés pour usiner un cristal de phosphure de gallium cassant, en vue de lui donner une surface en forme de dôme d'un diamètre de 0,61 mm, de maniére convenant aux opérations de fabrication à grande échelle, n'ont pas encore été étudids Jusqu'à présent. Certains processus de mise en forme, tels que l'attaque chimique ou le sablage, sont utilisés largement dans le but de réduire les dimensions des matières fragiles. Ces procédés consomment beaucoup de matière et on ne peut les diriger de façon fiable Chose plus importante, ces procédés sont proprement incapables de réaliser des formes convexes précises comme le sont les formes de d6mes. I1 en résulte qu'on considère qu'il serait avantageux de trouver d'autres procédés pour la fabrication en série d'articles à surface en forme de dôme.On trouve avantageux aussi d'étudier des formes adaptées aux procédé dés nouveaux, et des appareils destinés à mettre ces procédés enoeuvre pour pouvoir produire en série des articles en forme de d8me de façon rapide, fiable et économique0 Un but de l'invention est de trouver des procédés et appareils nouveaux pour donner une forme de dôme à des articles de petites dimensions, d'un matériau fragile, et de trouver des formes nouvelles et perfectionnées pour ces arti clefs. L'invention envisage la mise en forme de dôme d'un article, en enlevant d'une pièce à travailler la matière extérieure à une surface semi-cylindrique, cette surface semicylindrique s'étendant à travers la pièce à travailler le long de deux ou de plusieurs axes, successivement situés dans un meme plan, qui se coupent en un point commun, la concavité de la surface semi-cylindrique étant orientée de m8me façon vers le plan des axes pour chaque axe0 Par exemple, l'enlèvement de matière extérieure à une intersection obtenuten étendant la surface semi-cylindrique à travers la pièce à travailler, successivement le long de deux axes coplanaires se coupant à angle droit, formera l'article en d8me orthocylindrique comme il convient de le faire pour produire un degré appréciable d'uniformité de l'éclairement à la périphérie d'une diode au phosphure de gallium. Trois opérations ou davantage, de ce genre, de préférence le long d'axes se coupant sous des angles égaux, donneront une forme approchant davantage d'une hémisphère et assurant donc un éclairement périphérique encore plus régulier. L'enlèvement de matière à l'extérieur de la surface semi-cylindrique alors que celle-ci s'étend à travers la pièce à travailler, successivement le long de plusieurs axes, se fait de préférence par l'exécution de plusieurs opérations successives avec décharge électrique (procédé d'électroérosion par étincelage) sur la pièce à travailler. Ainsi, un outil de machine à décharge électrique peut avoir un évidement ou canal de forme semi-cylindrique0 Lorsque la pièce à travailler est usinée par une première opération de l'outil, avec l'axe de l'évidement orienté suivant une première direction qui s'étend à travers la pièce à travailler, une surface cylindrique sera formée sur la pièce à travailler. Plusieurs évidements ou canaux parallèles de configuration semi-cylindrique et de préférence de mEme rayon peuvent gtre créés par l'usinage par décharge électrique. Deux opérations d'usinage exécutées au moyen d'un tel outil sur la pièce à travailler, avec les évidements alignés le long d'axes perpendiculaires entre eux, donneront sur la pièce à travailler un relief à arrangement rectangulaire de lignes et de colonnes de dômes orthocylindriques. Des opérations de découpage ultérieures peuvent autre utilisées pour diviser la pièce à travailler en articles multiples ayant chaque fois une surface en forme de dôme. L'usinage par décharge électrique est considéré comme un procédé particulièrement intéressant pour la formation de petits articles fragiles à surface en dôme, tels que les diodes au phosphure de gallium. Un ou plusieurs canaux cylindriques de très petit rayon peuvent être formés avec un haut degré de précision dans un outil d'usinage par décharge électrique. Les opérations d'usinage par décharge électrique, en utilisant cet outil, peuvent être exécutées sur des matériaux fragiles avec peu de chances de détériorer les pièces à travailler, en contraste avec l'impossibilité d'obtenir ces formes par utilisation de certains procédés classiques de réduction dea dimensions de pièces en matériaux fragiles, par exemple par les procédés d'attaque chimique ou de sablage, évoqués plus haut. Sur les dessins s - figure 1 est une vue en perspective d'un article à forme de d8me orthocylindrique, suivant les principes de l'invention; - figure 2 est une vue en perspective d'une partie d'un outil que l'on peut employer pour conformer des articles du genre de celui que montre la figure 1; - figure 3 est une vue en perspective d'une partie d'une ébauche qui peut être usinée avec l'outil de la figure 2 pour conformer des articles du genre de celui que montre la figure 2; - figures 4 et 5 sont des vues en perspective représentant des étapes successives de l'usinage d'une ébauche de la figure 3 pour former des articles du genre de celui que montre la figure 1. En se référant à la figure 1, on y voit un article 10. L'article peut être fait d'un matériau fragile tel que le phosphure de gallium ou l'arséniure de gallium si l'article doit être utilisé pour la fabrication d'une diode. L'article a une partie 11 en forme de dQme sur une base 12 de section transversale carrée Deux lignes d'axes, 13 et 14, sont montrées, perpendiculaires l'une à l'autre et passant à travers l'article le long du bas de la partie en ddme 11. La forme de la partie en dôme est définie par l'intersection de deux demicylindres de même rayon, coaxiaux aux axes 13 et 14 et ayant chacun une surface convexe faisant face vers le haut, en s'écartant des axes 13 et 14. La forme de la surface en dôme 11 est appelée orthocylindrique pour cette raison. Un outil 15 pour l'usinage par décharge électrique, représenté à la figure 2, peut titre utilisé pour mettre en forme une pièce à travailler 16 telle que l'ébauche représentée à la figure 3, pour former un relief avec un certain nombre de parties en dômes ayant chacune la forme de la partie en d8me 11 de 1'article 10, que montre la figure 5. Par l'exécution subséquente d'opérations de dision convenables imposées à la pièce à travailler de la figure 5, on peut obtenir un certain nombre d'articles en forme de dôme 10, du genre de celui que montre la figure 1. Lélectrode-outil 15 (figure 2) est fait d'une matière, par exemple de carbone garnie de cuivre, convenable pour être utilisé dans les opérations d'usinage par décharge électrique. Un certain nombre d'évidements ou de canaux semicylindriques 17,17 existent sur la face plane 18 de l'outil. Les canaux semi-cylindriques peuvent avoir de très petits rayons, par exemple de 0,30 mm chacun. Les axes 19,19 des canaux semi-cylindriques s'étendent parallèlement les uns aux autres, et se trouvent dans le plan de la face de l'outil 18, disposés à intervalles égaux. L'outil 15 peut être utilisé pour conformer la pièce à travailler 16, en l'amenant à la forme montrée à la figure 5, par l'exécution de deux opérations successives à l'aide de la machine à décharge électrique. Initialement, la pièce à travailler est montée sur une surface support 20 d'un appareil d'usinage par décharge électrique, classique. On place l'outil 15 tout ouste près de la surface 21 de la pièce à travailler, tandis qu'on retourne l'outil par rapport à l'orientation qu' elle a à la figure 2, en sorte que la face plane 18 de l'outil soit parallèle à la surface de dessus 21, dont elle est très proche. L'usinage de la pièce à travailler, par décharge électrique, a lieu maintenant0 On maintient une différence de potentiel électrique élevée entre l'outil 15 et la pièce à travailler 16, alors que la pièce à travailler et l'outil sont plongés dans un bain de liquide diélectrique, par exemple, une huile de pétrole hydrocarbonée ayant une viscosité Saybolt Universal d'environ 40 secondes, à 37,80C, tel que le produit de la Shell Corporation vendu sous la marque Sovasol nO 6. Le liquide diélectrique peut 8tre amené à circuler dans une direction parallèle aux axes 19,19 des canaux de l'outil 17,17 par l'emploi d'un certain nombre d'ouvertures 22,22 près de la surface support 20 de l'appareil, par exemple deux jeux d'ouvertures aux deux côtés de la pièce à travailler.Les ouvertures 22,22 sont alimentées par un conduit d'alimentation 23 commun, On avance l'outil 15 vers la pièce à travailler, d'un mouvement continu, avec les axes des canaux de l'outil 19,19, maintenus continuellement parallèles à la surface de la pièce à travailler 21. Lorsque l'outil avance, une surface semicylindrique est définie par la concavité de chaque canal 17,17, Les surfaces semi-cylindriques passent en parallèle à travers la surface du dessus 21 et partiellement à travers la profondeur de la pièce à travailler, tandis qu'unie érosion venant d'une décharge d'étincelles à haute énergie enlève la matière de la pièce , extérieurement aux surfaces semi-cylindriques qui avancent, c'est-à-dire la matière à travers laquelle l'outil a avancé dans la pièce à travailler.Dans l'intervalle, le liquide diélectrique est envoyé depuis les ouvertures 22,22, en suivant les canaux de l'outil 17,17, rinçant doucement les canaux semicylindrique s qui se nettoient facilement, et enlevant par lavage tous les débris de l'opération d'usinage. La forme qui en résulte pour la pièce à travailler est visible à la figure 4. La pièce usinée présente un certain nombre de surfaces convexes semi-cylindriques 24,24 avec des axes coplanaires 25,25 également espacés. Les axes 25,25 correspondent aux axes 19,19 des canaux semi-cylindriques 17,17 de l'outil 15. Ensuite, on place à nouveau l'outil contre la surface de dessus 21 de la pièce à travailler, en changeant une fois de plus l'orientation, la pièce à travailler étant tournée à angle droit par rapport à son orientation précédente. Ainsi, les axes des canaux de l'outil 19,19 coupent les axes 25,25 à angle droit. Une fois encore, on fait avancer l'outil en travers de la surface de dessus 21 et partiellement à travers la profondeur de la pièce à travailler, en maintenant une différence de potentiel élevée entre l'outil et la pièce à travailler, celleci baignant à nouveau dans le liquide diélectrique. On fait avancer l'outil dans la pièce à travailler, à une profondeur telle que la face plane 18 de l'outil et les axes 19,19 de ses canaux soient dans le même plan que les axes des demi-cylindres 25.On obtient alors l'aspect de la figure 5, avec des lignes 26,26 et des colonnes 27,27 de surfaces orthocylindriques à dômes arrangées perpendiculairement les unes aux autres, l'en- semble étant prêt à être découpé pour former un certain nombre d'articles à forme de d8me 10,10. I1 faut comprendre que l'article, le procédé et l'appareil prémentionnés ne font qu'illustrer certaines formes de réalisation de l'invention. Une autre forme de réalisation pourrait utiliser un outil à évidement unique définissant un canal semi-cylindrique. Cet outil conformera un article unique après un certain nombre de passes d'usinage successives de l'outil dans la pièce à travailler, après orientation le long de deux ou de plusieurs axes coplanaires, par exemple espacés d'arcs égaux, les axes ayant un point commun d'intersection et l'outil étant orienté de même façon par rapport au plan des axes pendant chacune des passes. A chaque passe supplémentaire, l'article prendra une forme plus proche de la forme hémisphérique. Au surplus, la surface d'intersection peut n'être pas parfaitement semi-cylindrique, mais peut être semi-elliptique par exemple. Les surfaces qui se coupent ne doivent pas nécessairement avoir même rayon. Bien d'autres variantes peuvent être imaginées sans sortir du cadre de l'invention. R E V B N D I C A T I O N S 1.- Procédé pour former de manière précise un dôme d'allure convexe sur un article fragile, caractérisé en ce qu'on procède à l'usinage électrique de l'article avec un électrode-outil ayant une concavité, d'abord le long d'un premier axe, puis le long d'un second axe coupant le premier. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à enlever, de la pièce à travailler, de la matière située à l'extérieur d'une surface courbe, alors que la surface courbe s'étend à travers la pièce à travailler successivement le long de plusieurs axes différents se coupant en un point autour duquel ces axes font entre eux des angles égaux. 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la surface courbe est une première surface courbe et en ce que les axes multiples différents sont deux premiers axes différents, communiquant des formes de dômes à plusieurs parties de la pièce à travailler en enlevant de celleci, en même temps qu'on enlève de la matière située à l'extérieur de la première surface courbe, de la matière située à ltee térieur d'une seconde surface courbe de même forme et de mêmes dimensions, alors que la seconde surface courbe s'étend à travers la pièce à travailler, successivement le long de deux seconds axes différents dont chacun est parallèle à l'un des premiers axes différents et est espacé du premier axe correspondant, d'une même distance. 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les deux seconds axes différents se trouvent dans un plan commun et en ce que la première et la seconde surface courbe ont même orientation par rapport au plan commun. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape d'usinage par décharge électrique enlève des parties de la pièce à travailler suivant un profil courbe, en opérant successivement le long de chacun des différents axes. 6.- Procédé comprenant l'étape d'électro-usinage suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'on envoie un fluide en travers de la pièce à travailler, le long de chacun des axes l'un après l'autre, en enlevant ainsi, de la pièce à travailler, des particules produites par l'usinage. 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface courbe est semi-cylindrique et en ce que le second axe coupe le premier axe à angle droit. 8.- Electrode-outil pour exécuter le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce quelle est constituée d'un bloc de matière conduisant l'électricité, qui a une surface plane et un évidement semicylindrique s'étendant suivant la longueur de la surface plane. 9.- Electrode-outil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la surface plane du bloc de matière conduisant l'électricité présente plusieurs évidements semi-cylindriques de même rayon, étendant parallèlement, suivant la longueur de la surface plane, à distances égales entre les évidements voisins.