Brevet FR2206154A1 — publié le 19740607

La présente invention concerne les procédés d'usinage. Dans certaines industries, tel les que celles des moteurs à turbine à gaz, des appareils ménagers à gaz, ou de certaines branches d'industries des appareils pneumatiques et hydrauliques, on doit se servir aujourd'hui d'une machine réalisant des trous dans une pièce à usiner par des procédés qui, pendant leur exécution, produisent des boues, par exemple avec les particules arrachées. II existe des appareils, tous bien connus, tels que machines à décharge électrique ou à fonctionnement électrochimique, permettant de réaliser ces trous, mais seulement pour des profondeurs de pénétration de la pièce extrèmement limitées. L'expérience a établi que ces limitations de profondeur provenaient, dans le. cas de l'usinage par décharge électrique, de l'inaptitude du fluide diélectrique utilisé de chasser les boues de particules produites par l'usinage du trou et qui remplissent l'espace séparant l'électrode et la paroi du trou et court-circuitent le système, entraînant la destruction de l'électrode et l'interrupteur de l'usinage. On a essayé de déloger les débris au moyen de mécanismes vibratoires connectés à une partie quelconque de la machime et mis en vibration pendant l'usinage en vue d'essayer d'empêcher les débris de s'accumuler. Cependant, dans tous les dispositifs connus jusqu'à ce jour, les vibrations s'effectuent à une cadence n'empechant pas complètement l'accumulation et ne permettant donc pas de maintenir la vitesse initiale d'usinage. La présente invention a pour objet de faire vibrer une pièce dans laquelle on perce un ou plusieurs trous par décharge électrique ou par procédé électrochimique de façon à garantir le maintien, au moins approché, de la vitesse initiale de l'électrode pendant toute l'opération d'usinage. L'invention concerne donc un procédé d'évacuation de débris de l'intérieur d'un trou en cours de réalisation dans une pièce par décharge électrique ou procédé électrochimique, ledit procédé consistant à produire un mouvement vibratoire relatif entre la pièce et l'électrode à une vitesse suffisante pour produire la cavitation du fluide diélectrique ou électrolytique dans le trou de façon à produire un appel de fluide de mème nature venant remplir les zones de dépression ainsi produites et, par ce fait, d'entraîner les débris avec lui et de les maintenir en état constant de fluidité, ledit fluide les chassant ensuite du trou. Le procédé selon l'invention, consiste, de préférence, à connecter un transducteur ultrasonique, soit à la pièce, soit à l'électrode de la machine, pour produire, de ce fait le mouvement vibratoire relatif. Le procédé selon l'invention consiste également, de préférence, à règler l'amplitude des vibrations à un maximul de O,O2mm. Selon un autre procédé préféré, I'invention consiste également à joindre mécaniquement la pièce au transducteur ultrasonique par l'intermédiaire d'une plaque en porte-à-faux sur la face active du transducteur. Les vibrations mises en oeuvre auront, de préférence, une gamme de fréquence de 13 à 25 kilocycles/seconde. Le transducteur ultrasonique sera actionné, de préférence, avec une puissance électrique de l'ordre de 100 à 500 watts. L'invention est décrite ci-après en détail au moyen de quelques exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représenté aux dessins annexés dans lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique d'un appareil pour la mise en oeuvre de la présente invention ; - la Fig. 2 est une vue schématique d'une première variante dudit appareil ; - la Fig. 3 est une vue schématique d'une seconde variante dudit appareil ; et - les Fig. 4 à 6 sont des graphiques montrant les résultats obtenus en ce qui concerne les profondeurs réalisées et les temps requis à cette fin avec ou sans application du procédé selon l'invention. La Fig. i montre la tête de travail 10 d'une machine travaillant par déchar- ges électriques. La tête 10 porte un porte-électrodes 12 monté sur elle de façon à pouvoir effectuer un déplacement alternatif vertical. Une pluralité d'électrodes filaires 14 sont montées dans le porte-électrodes 12 de façon à assurer un bon contact électrique et le tout est suspendu, par une charpente non représentée, au-dessus d'un bac d'écoulement 16. Un châssis rigide 18 est placé debout dans le bac 16, sa face supérieure est percée d'un orifice 20 par lequel plonge verticalement un transducteur ultrasonique 22 porté par une bride 24 de son extrémité supérieure se plaçant sur la face supérieure du châssis rigide et y étant fixée. Le transducteur électronique est du type magnétostrictif et dans un exemple de réalisation, il est règlé à une puissance de 200W à 13 kc/s. Au cours d'essais, d'autres transducteur ultrasoniques magnétostrictifs, de puissance 250W et 500W respectivement, ont été utilisés, chacun d'eux étant monté tel que décrit précédemment. L'extrémité 28 du transducteur la plus élevée dans le montage est la partie à laquelle on communique, en marche, des vibrations d'une amplitude de 0,02mm; elle a la forme de pinces de serrage de pièce à usiner 30 dans lesquelles une pièce à usiner 32 (dans l'exemple représentéùne aube de turbine de moteur à turbine à gaz) est fermement serrée de façon qu'un de ses bords soit aligné sur les électrodes 14 pour que, lorsque la machine est mise en marche, chaque électrode perce un trou dans l'aube et qu'on obtienne une aube percée d'une rangée de trous sur l'un de ses bords. On décrit ci-après trois expériences effectuées en we d'exposer l'invention en détail. Première expérience On enclenche l'arrivée de courant à la machine-outil et l'on met en marche la pompe (non représentée) d'alimentation en fluide diélectrique, puis on approche de l'aube 32 le porte-électrode 12 et ses électrodes 14. Simultanément, du fluide diélectrique jaillit d'une bùse 34 sur le bord supérieur de l'aube. Quand les extrémités des électrodes 14 ont atteint un emplacement prédéterminé par rapport au bord de l'aube, on amorce le procédé connu d'usinage par décharge électrique A ce moment du travail, le transducteur ultrasonique n'est pas encore enclenché (voir Fig. 4).L'usinage se poursuit ainsi pendant une minute à l'expiration de laquelle on a réalisé une profondeur d'environ 0,5mm. On enclenche alors le transducteur ultrasonique à une puissance de 200 W et à une fréquence de 13 kc/s et on le laisse agir pendant une autre minute. On ne remarque aucun changement de la vitesse d'usinage. A t'expiration de la seconde minute, à une profondeur de îmm on désenclenche le transducteur et on poursuit l'usinage. A l'expiration de la troisième minute pn constate une chute sensible de la vitesse d'usinage, à savoir que l'augmentation de profondeur n'a été que de 0,2mm contre 0,5 mm pendant chacune des deux premières minutes. Au cours d'une quatrième minute on enclenche à nouveau le transducteur et la vitesse d'usinage remonte au voisinage de sa valeur d'origine : 0,5 mm par minute. On poursuit ces alternances d'enclenchement et de désenclenchement du transducteur pendant neuf minutes à l'expiration desquelles on constate, comme le graphique de la Fig 4 le montre clairement, que, lorsque le transducteur est en contact avec la pièce et alimenté par une puissance de 200W à une fréquence de 13 kc/s, la machine conserve au moins son efficacité originelle d'usinage du fait que l'action du transducteur oblige le fluide diélectrique à caviter et à former des bulles de pression négative. Quand ces bulles crèvent, le fluide non cavité adjacent s'écoule pour remplacer les vides et cette action agite les débris entre l'élec trode et les parois du trou, maintenant ces débris en état constant de fluidité, lequel facilite l'écoulement du diélectrique ou de l'électrolyte hors du trou. Seconde expérience On effectue une seconde expérience pour déterminer le temps requis pour percer un trou débouchant dans une pièce métallique d'épaisseur donnée, d'abord sans utiliser le transducteur ultrasonique, puis en l'utilisant sous 200 W, puis 250 W, dans les deux cas à 13 kc/s. Le graphique de la Fig. 5 montre le déroulement de l'expérience; celle-ci révèle qu'une durée de 10 minutes est nécessaire pour la traversée complète de 1' électrode à travers la plaque en l'absence de vibrations ultrasoniques, qu'une durée de 8 minutes est nécessaire pour percer la même épaisseur lorsque le transducteur fonctionne sous 200 W; et qu'une durée de 6 minutes est nécessaire pour accomplir la même opération quand le transducteur-fonctionne sous 250 W; cette dernière durée représente un gain de 40% pour l'usinage pour la profondeur en question quand on utilise le transducteur ultrasonique par rapport au temps nécessaire sans utiliser ce dernier. Troisième expérience On effectue une troisème expérience pour déterminer la profondeur effective réalisable en utilisant le transducteur et vérifier que la profondeur ainsi atteinte est plus grande que celle normalement atteinte sans ultrasons et avant rupture de l'électrode. On sait, dans l'industrie, que la profondeur réalisable avec usinage sans ultrasons est de l'ordre de 30/1, 1 étant le diamètre ou la dimension transversale de l'électrode. On utilise une électrode filiaire de 0,25mm de diamètre pour usiner un trou par décharge électrique dans une plaque de métal comprenant un alliage à base de nickel connu dans le commerce sous l'appellation déposée de "NIMONIC 90" et bien connu pour la difficulté avec laquelle il se laisse usiner. On n'emploie pas de transducteur ultrasonique et, comme le montre la Fig. 6, on atteint une profondeur de 5mm (très inférieure au maximum de 30/1) lors de la rupture de l'éélectrode. On utilise alors, comme décrit précédemment, un transducteur ultrasonique opérant sous 250 W à 13kc/s et l'on réalise une profondeur de îOmm environ, très supérieure au maximum normal, compte tenu du diamètre de l'électrode et la profondeur presque double de celle du premier trou. De plus, le second trou a été usiné en un temps inférieur d'une minute à celui requis pour usiner le premier trou. Les expériences ci-dessus révèlent qu'une jonction mécanique entre un transducteur ultrasonique et une pièce à usiner en vue de faire vibrer cette dernière au cours de son usinage procure une augmentation substantielle de la quantité de matière enlevée avant rupture de l'électrode, et une réduction sensible du temps requis pour effectuer l'usinage d'un trou de profondeur donnée. Le seul inconvénient relevé dans l'utilisation de l'appareil décrit est que la fréquence de vibration de 13 kc/s engendre un bruit insupportable à l'oreille humaine sans amortissement. Le local où opère la machine doit donc être insonorisé ou la fréquence doit être augmentée jusqu'à environ 20 kc/s, l'intensité du bruit ne pouvant pas alors être gênante . La Fig. 2 montre un autre procédé de liaison mécanique du transducteur à la pièce a usiner; cette liaison étant assurée par une plaque. La face active du transducteur est jointe rigidement à une extrémité de la plaque et la pièce est jointe rigidement à l'autre face. On voit que l'amplitude des vibrations peut être rè- glée en frisant varier la distance entre la pièce et l'extrémitédu transducteur. Dcms cet exemple, la plaque et la pièce sont immergées dans un fluide diélectrique mais on pourrait également, sans inconvénient, utiliser les dispositifs d'alimentation en fluide des Fig. I ou 3. Dans tous les exemples ci-dessus, le transducteur est joint mécaniquement à la pièce mais on a également effectué des essais où le transducteur était joint mécaniquement aux électrodes, comme le représente la Fig. 3, les résultats s'étant montrés également satisfaisants. REVENDICATIONS 1. Procédé d'évacuation de débris hors d'un trou produit par le passage d'un courant électrique entre un outil constitué par une électrode et une pièce à usiner en présence d'un liquide, ledit procédé comportant l'introduction -d'un mouvement vibratoire relatif entre l'électrode-outil et la pièce, caractérisé en ce que la fréquence de vibrations est suffisante pour provoquer, dans le liquide, une cavitation engendrant un courant dudit liquide produit par l'écoulement de ce dernier en vue de remplir lesdites cavités, ledit courant entraînant les débris et les maintenant en état constant de fluidité puis les chassant hors du trou. 2. Procédé d'évacuation de débris hors d'un trou selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte l'établissement d'une liaison mécanique entre un transducteur ultrasonique et la pièce à usiner pour produire lesdites vibrations relatives entre la pièce et ltélectrode-outil. 3. Procédé d'évacuation de débris hors d'un trou selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplitude des vibrations relatives est limitée à un maximum de 0,02mm. 4. Procédé d'évacuation de débris hors d'un trou selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte l'établisfiement d'une liaison mécanique entre le transducteur ultrasonique et la pièce à usiner au moyen d'une plaque montée en porte-à-faux sur la face active du transducteur ultrasonique. 5. Procédé d'évacuation de débris hors d'un trou selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites vibrations ont une fréquence de 13 à 25 kc/s. 6. Procédé d'évacuation de débris hors d'un trou selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à faire fonctionner le transducteur ultrasonique au moyen d'une puissance électrique comprise entre 100 W et 500 W. 7. Dispositif pour la réalisation du procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une machine-outil électro-chimique comprenant au moins une cathode constituée par une électrode formant outil, un châssis porteur de transducteur ultrasonique, un transducteur ultrasonique approprié à tenir une pièce à usiner sur sa face active, et des organes d'alignement de ladite pièce avec ladite électrode-outil cathodique. 8. Dispositif pour la réalisation du procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une machine-outil fonctionnant par décharges électriques comprenant au moins une anode constituée par une électrode formant outil, un chassis porteur de transducteur ultrasonique, un transducteur ultrasonique approprié à tenir une pièce à usiner sur sa face active, et des organes d'alignement de ladite pièce avec ladite électrode-outil anodique. 9. Dispositif selon une quelconque des revendications 7 ou 8, carac?érisé en ce que la face active du transducteur ultrasonique est appropriée à ce que la pièce à usiner lui soit directement fixée. 10. Dispositif selon une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la face active du transducteur ultrasonique est appropriée à porter en porte-b-faux, une plaque dont l'autre extrémité est appropriée à tenir une pièce à usiner.