Brevet FR2300653A1 — publié le 19760910

La présente invention concerne un procédé et une installation de façonnage à l'aide d'un outil et de réfrigération pour l'outil et la surface de travail sur laquelle opére celui-ci, l'outil pouvant être animé d'un mouvement quelconque,par exemple rotatif ou rectiligne alternatif ou non, et la réfrigération étant assurée grâce à l'injection d'un fluide, pour combattre l'élévation de température due aux frottements. L'invention,peut être utilisée aussi bien sur le plan industriel que sur le plan médical et chirurgical, notamment en chirurgie dentaire. Il est bien connu que la chaleur engendrée par le frottement entre l'outil et la surface de travail peut provoquer une élévation de température de plusieurs centaines de degrés. Une telle élévation de température peut être nuisible, tantpour l'outil que pour la surface de travail en cours de façonnage; en effet, la chaleur peut modifier les structures physico-chimiques des constituats, ainsi que les structures biologiques lorsqu'il s'agit d'interventions dans le domaine chirurgical et médical. Habituellement, l'elimination de cette Leible est obtenue grâce au passage d'un fluide à basse temperature, ensuite récupéré dans des bacs récepteurs lorsqu'il s'agit d'une opération industrielle, ou aspiré lors d'une intervention chirurgicale. L'utilisation d'un liquide réfrigérant projeté sur une surface de travail très souvent réduite et où évoluent des instruments en rotation s t avère très souvent gént'e Un inconvénient de ce moyen consiste en ce qae la projection du liquide de réfrigération massue tout ou partie de la surface de travail. Un autre inconvénient est que cette projection ne s'effectue pas toujours aux endroits où le frottement est plus important, c'est-à-dire où la température est la plus elesse; en effet, lors d'une opération de perçage, la plus grande partie du liquide ne pénètre pas dans le puits de perçage, mais arrose le rebord de la surface qui est pénétrée. Cet inconvênient est particulièrement important, puisqu'un défait de refroidissement peut altérer les surfaces en présence et diminue le rendement de l'outil. De plus, la projection d'un liquide sur une surface en rotation provoque une dispersion centrifuge qui constitue une gêne supplémentaire; elle contraint en effet l'opérateur à une protection par une surface transparente interposée, ou bien elle prive celui-ci d'une attention soutenue. Cette dispersion du liquide entraîne également qu'une partie seulement de celui-ci contribue à évacuer les calories nuisibles. Dans le cas spécifique de l'utilisation d'un instrument rotatif soumis à un refroidissement par liquide et utilisé en chirurgie dentaire, le liquide en gouttelettes opacifie le miroir buccal, et diminue par conséquent considérablement la visibilité. Le fait que la surface de travail soit inondée oblige également à des arrêts fréquents-afin d'vacuer le liquide. On peut reconnaître le liquide utilise au fait qu'il est chargé des particules arrachées par le frottement tant à l'instrument qu'à la surface de travail en cours de façonnage. Ces arrêts fréquents constituent une perte de temps non négli- geable et imposent également, d'une part, des répétitions de gestes inutiles, et d'autre part, en chirurgie, une collaboration supplémentaire sous la forme d'une aide opératoire. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et notamment de procurer une sécurité accrue, en conservant une bonne visibilité de-l'outil et de la surface de travail. L'invention a également pour but de permettre des opérations de façonnage à l'aide d'un outil tout en restant dans de bonnes conditions de coupe, l'outil gardant ses propriétés physico-chimiques qui pourraient être altérées par la chaleur. Un autre but de l'invention est de limiter l'élévation de température de la surface de travail, pour les mêmes raisons. En chirurgie, l'invention garantit ainsi l'intégrité d'un tissu sain, évitant notamment la coagulation des albumines à température trop élevée, sans pour autant apporter une réfrigération trop poussée amenant pratiquement une congélation sous l'action prolongée de l'application du froid. L'invention a également pour but d'éviter l'effet de bourrage dû à un encrassement de l'outil, par exemple une fraise, un foret ou une meule. Un autre but de l'invention est de dispenser de la récupération et de lfélimination du liquide de réfrigération, afin de procurer un gain de temps sensible. L'invention a aussi pour but de permettre une utilisation particulièrement propre, simple et sans entretien, effectuée en toute sécurité, du fait que les produits utilisés peuvent être irexplosifs, ininflammables, et non toxiques. A cet effet, l'invention concerne un procédé de façonnage a' l'aide d'un outil, et de réfrigération pour l'outil et la surface de travail sur laquelle il opère, caraterisé en ce que l'on utilise un fluide å l'état gazeux dans les conditions de température et de pression du ni lieu où se trouve la surface de travail, ce fluide étant compressible et se présentant initialement sous une pression supérieure à celle du milieu où se trouve la surface de travail, et en ce qu'on le fait circuler dans des canalisations et on l'injecte dans ltoutil de façonnage à refroidir, grâce à une buse et sous un angle d'incidence le plus petit possible, et de la dans la région de la surface de travail, en interrompant momentanément l'injection de fluide, ou le mouvement de l'outil, ou en faisant varier les conditions de pression, s'il se produit des changements indésirables de la temprature de l'outil ou/et de la surface de travail, ou une formation trop importante de givre ou de glaçons. La très forte baisse de température enregistrée peut faire apparaltre des cristaux de condensation; ceux-ci disparaissent très rapidement par sublimation apres l'interruption de l'application du fluide gazeux. Il y a donc lieu d'alterner les phases de fonctionnement et les phases d'interruption selon une certaine fréquence en fonction de l'effort demandé, donc de la chaleur produite. Il suffit de quelques essais pour déterminer le moment optimal d'interruption. De plus, il est apparu, au cours de cette expérimentation, que, lors de traitements de métaux, le givre forme sert de lubrifiant et évites dans une large mesure, Igencrassezlent de l'outil. Selon une caractéristique de l'invention, on utilise un fluide à l'état gazeux dans les conditions "normales" de température et de pression, ce fluide étant nitialement, dans une installation de mise en oeuvre du procédé, sous pression et à la température ambiante, à l'état liquide. Une expérimentation de cette méthode. en chirurgie dentaire, permet de déposer des incrustations métalliques sur des dents vivantes; cet acte, habituellement très pénible car générateur de douleurs dues à l'échauffement, et nécessitant des interruptions très fréquentes, peut être mené à bien dans des conditions de rapidité et de confort incomparables tant pour 1 opérateur que pour son patient. La vaporisation instantanée du fluide réfrigérant permet un contrôle visuel de tous les instants. La facilité d'emploi et la souplesse d'utilisation dues au fait que l'agent réfri gérant est constitué par un fluide sous pression dont la température est voisine de la température ambiante, donc 1absence d'isolation particulière des canalisations, constituent des avantages considérables. Le fait que soient produites, lors de la détente, des températures égales ou inférieures à OOC, gracie à la grande volatilité du fluide, nécessite une conception nouvelle de l'outil. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'installation pour la mise en oeuvre du procédé comporte des dispositifs d'alimentation en un fluide, se présentant à l'état gazeux dans les conditions de température et de pression du milieu où se trouve la surface de travail, ce fluide étant compressible et se présentant initialement ici sous une pression supérieure à celle du milieu où se trouve la surface de travail, des canalisations pour le faire circuler du dispositif d'alimentation à au moins un organe d'injection, l'outil de façonnage étant monté sur un porte-outil, et en ce qu'clle comporte également un dispositif dinter- ruption de la circulation du fluide, tel qutune valve, et au moins un dispositif dtinterruption du mouvement de l'outil. Le fait que soit prévu un dispositif d'interruption de la circulation du fluide, par exemple une valve, permet dtobtenir cette interruption du fluide à tout moment préétabli. Cette possibilité est particulièrement intéressante dans l'industrie où les échauffements peuvent être évalués et analysés. Selon d'autres caractéristiques de ltinvention, l'installation comporte au oins un dispositif de réglage de la pression du fluide, et le dispositif d'alimentation comporte, à la température ambiante, au moins une bouteille de fluide sous pression à l'état liquide, pour refroidir une surface de travail se trouvant dans les conditions "normales" de température et de pression. il I1 en résulte que l'on-peut utiliser facilement un gaz présenté en boy &num; de vaporisation, par exemple du dichlorotétrafluoroéthane, qui est habituellement utilisé comme cryoanesthésique; cependant, tout gaz non inflammable, non explosif et non toxique peut être utilisé. Le froid fourni peut être évalué physiquement en fonction d'un certain nombre de paramètres connus. Il peut être modifié par variation de la pression à la détente -et de la durée d'application; peuvent également intervenir la section des canalisations ainsi qu'un certain nombre de paramètres en application des principes de la fluidique. La présente invention sera décrite plus de d'un mode de réalisation représenté sur les dessins ci-joints, dans lesquels @@ - - La figure 1 représente une vue en section d'un premier mode de réalisation dt.'m porte-outil pouvant équiper une - installatién selon 1' invention; - La figure 2 représente une vue en section d'un deuxième mode~de réalisation d'un porte-outil pouvant également équiper une installation selon l'invention; - - - La figure 3 représente une vue en section d'une premiere forme d'outil pouvant équiper une installation selon 1; t inve-ntion; - La figure 4 représente une vue en section d'une seconde forme d'outil pouvant également équiper une instaIlation selon l'invention; - La figure 5 représente un miroir buccal muni d'un dispositif d'aspiration et pouvant également équiper une installation selon l'invention. L'installation selon l'invention comporte des moyens d'alimentation en gaz, ici un récipient rempli de dichlorotétrafluoroéthane jcomprimé, utilisé couramment comme cryoanesthésique. Cependant, tout gaz compressille non inflammable, non explosif et non toxique pourrait être utilisé. La température obtenue peut etre réglée et éventuellement modulée par variation de la pression ou de la durée de réfrigération, grive à un dispositif de réglage de la pression du fluide, ou/et un dispositif d'interruption de la circulation de fluide, ici une valve. Les canalisations, qui transfèrent le fluide, ici sous forme liquide, du récipient où il est stocké sous pression jusqu'à proximité du lieu d'utilisation, c'est-à-dire par exemple le porte-outil et l'outil, sont ici en chlorure de vinyle transparent de tres faible section; la section choisie est fonction du type d'utilisation désiré. Il est nécessaire d'employer un matériau chimiquement inerte dans les conditions d'utilisation. Les longueurs, sections, pressions, isolations sont des grandeurs à choisir également en fonction du type d'utilisation désiré. Un dispositif d'interruption du mouvement de l'outil permet d'arrêter l'opération de façonnagede la surface à travailler lorsque l'échauffement devient prohibitif; Le Le gaz formé et déjà utilisé pour la réfrigération peut être aspiré grâce & un dispositif d'aspiration. Un tel dispositif est particulièrement intéressant pour aspirer le gaz qui pourrait avor- tendance à se condenser au voisinage de certaines parties froides, par exemple le miroir buccal dans le cas d'une installation de chirurgie dentaire; cela peut être également le cas pour un écarteur chirurgical dans le domaine médical. Sur une installation industrielles peut être également implanté un dispositif fixe d aspiration. Une partie particulièrement importante de l'installation est constituée par l'ensemble formé par le porte-outil et son outil. Ces deux pièces ainsi que la liaison entre elles doivent répondre à un certain nombre d'impératifs; en particulier, le porte-outil et l'outil sont raccordés par une buse formée par une canalisation-de laiton ou de bronze de très faible section; les canalisations du porte-outil et de l'outil sont alignées de telle maniere que l'axe du jet de fluide en cours de détente soit parallèle à l'axe de la fraise; cette disposition permet une moindre dispersion du liquide lorsqutil touche la surface de l'outil en rotation, l'angle d'incidence du fluide sur les paros de l'outil, égal à 11 angle de réflexion-, étant nul dans le cas présent.Cette disposition permet non seulement le refroidissement de la surface de travail, mais également celui de l'outil, la transmission du froid s'effectuant dans sa propre masse par conduction. En règle générale, il est possible d'utiliser un porte-outil et un outil munis d'un canal axial. La figure 1 représente notamment un porte-outil constitué par une tête de contre-an--le 1 et un corps de contre-angle 2. La tête 1 est munie d'un canal 11 destiné à la circulation du liquide, ce canal 11 débouchant à la partie centrale d'un siège 12 cylindro-conique servant de buse de transmission du liquide à un outil 3 également muni d'un canal de circulation 31. L'outil 3 est muni, à sa partie supérieure, d'un alésage tronconique 32 destiné a coopérer avec le siège 12. L'outil 3 est maintenu à l'intérieur du corps 2 de contre-angle par l'intermédiaire d'un rotor 4 entourant le fût 33 de l'outil 3 sur une partie de sa longueur, le rotor 4 étant posé sur un coussinet 5 qui lui sert te support. L'outil 3 est maintenu en translation ongitudinale grâce à une cale 6 de retenue introduite dans une ouverture li usinée à la base de la tête 1. Le porte-outil représenté sur la figure 2 comporte, sur un corps 101 de moteur, une tête 102 fixée glace à des vis 103. Le corps 101 est traversé par un axe moteur 104 entraînant en rotation un rotor -105 qui est lié à lui et logé à l'intérieur de la tête 102. La -ete 102 est percée d'un canal 1021 destiné a' transmettre le fluide réfrigérant. Le rotor 105 est percé également d'un certain nombre de canaux 1051, chaque cana 1051 pouvant tour tour être mis en communication avec @e canal 10@1 de la rête 102 grâce à la rotation du rotor 105.Le rotor 105 comporte un alésage fileté 1052 destiné à recevoir un cuic@ 106, comportant également un canal 1062, vissé dans l'alésage fileté 1052 et muni, à sa partie inférieure, d'les siège tronconique 1061 destiné à recevoir la partie supérieure tronconique d'un foret 107. La partie inférieure du culot 106 et la partie supérieure de outil 107 sont con'nues à lintérieur de mors 108 de maintien et de serrage. Ces mors sont logés dans un boîtier 109 placé lui même à l'intérieur d'un carter fixé à la tête 102. Les fuites de fluide pouvant apparaître dans ces porte-outil, fuites dues aux tolérances d'usinage du rotor, de l'accouplement outil-porte-outil, etc..., sont acceptables; en effet, elles permettent le refroidissement de la partie supérieure de l'outil par conduction. De plus, elles tendent non seulement à combattre les échauffements, mais aussi à rejeter vers l'extérieur les impuretés qui souillent habituellement les mécanismes de ces instruments. La partie supérieure des outils et le siège des porte-outil s'adaptent par friction douce, les sièges de forme cylindroconique étant ici en bronze et constituant une sorte de joint. Les forces de réaction exercées par la surface de travail sur l'outil tendent à appliquer ledit outil contre son siège support. Les forces latérales sont minimisées grive à la longueur du contact qu'il est possible de prévoir entre la surface latérale de l'outil et la pièce qui maintient celle-ci, notamment dans le cas où cette pièce est le rotor 4 du porte-outil représenté sur la figure 1. L'outil représenté sur la figure 3 a la forme générale d'un trépan percé, selon son axe longitudinal, d'un canal principal 201 débouchant à la partie inférieure de l'outil, auquel se raccordent, comme ramifications, des conduits 202 débouchant à la périphérie de l'outil, en -des points judicieusement répartis, de telle manière qu'il ne puisse s'obstruer lors du travail de l'outil par exemple, le plus grand diamètre de l'outil est situé à sa partie inférieure, de telle manière que, lors d'une opération de façonnage, l'outil et la cavité qu'il creuse déterminent un évent annulaire destiné à l'évaporation du fluide. L'outil représenté sur la figure 4 figure également une sorte de trépan qui pourrait être utilisé comme fraise dentaire. Un canal principal 201 y est également usiné selon 1-axe longitudinal, mais ce canal ne débouche pas ici à la partie inférieure de l'outil. Les conduits de ramification 202 sont horizontaux et débouchent également à la périphérie de outil. L'évacuation du fluide vaporisé sous forme de gaz peut étire assurée grace aux stries (non représentes), constituant les surfaces de coupe de l'outil ces stries débouchant à la partie supérieure 203 de celui-ci. Le miroir buccal 7 représenté sur la figure 5 comporte de manière connue une glace 71 reliée à un manche 72. Selon l'invention, le manche 72 est muni d'une gaine d'aspi- ration 73 reliée à des organes d'aspiration, par exemple à une pompe, cette gaine 73 pouvant être par exemple réalisée sous la forme d'un conduit réalisé à l'intérieur du manche 72 et débouchant par un orifice 74 â proximité de la glace 71, dans la zone de liaison de la glace 71 et du manche 72. Ltorifice 74 débouche ici sur une surface disposée en sifflet par rapport au plan de la glace 71. Les outils équipant les installations de façonnage et de~réfrigération utilisées dans l'industrie peuvent également s'inspirer de ces modes de réalisation. Cette installation est particulièrement simple à mettre en oeuvre et ltonoutilise ici du dichloro tétrafluoroéthane, présenté en bombe, comme liquide de réfrigération, la surface de travail étant placée dans 1'air ambiant. Approximativement dans les conditions "normales" de température et de pression, ce corps se présente à l'état gazeux, alors qu'il est à l'état liquide lorsqu'il se trouve sous pression dans son récipient.On fait circuler ce Liquide dans les canalisations et on l'injecte dans l'outil de façonnage à refroidir, sous l'angle d'incidence le plus petit possible, étant donné la configuration des différentes pièces de l1installation, et on l'injecte dans la région de la A ace de-*ravail en interrompant momentanément l'injectionde fluide si la très forte baisse de température fait apparaître trop de cristaux de condensation. Ces cristaux disparaissent généralement rapidement par sublimation et il y a donc lieu d'alterner les phases de travail et les interruptions selon une certaine fréquence en fonction de l'effort demandé, donc de la chaleur produite. Il est possible de déterminer rapidement le moment optimal de l'interruption. Dans 1sindustrie, où les échauffements peuvent être évalués et analysés, ane valve permet l'interruption du flux à tout moment préétabli, et l'on peut également utiliser des dispositifs prévus pour moduler la pression et pour arreter le fonctionnement du moteur. Il apparat que le givre formé n'est pas forcément nuisible et sert même de lubrifiant, évitant dans une assez large mesure l'encrassement de l'outil. Il est également possible d'utiliser la vaporisation de fluide à l'état liquide à la pression atmosphérique, à condition que la surface de travail à façonner se trouve à une très faible pression. En tout état de cause, l'invention permet une grande souplesse d'utilisation grâce au fait que l'agent réfrigérant est un fluide sous pression dont la température est voisine de la température ambiante, et ne nécessite par conséquent pas de canalisations isolées thermiquement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E W D I C A T I C N S 1 ) Procédé de façonnage à l'aide d'un outil, et de réfrigération pour l'outil et la surface de travail sur laquelle il opère, caractérisé en ce que lton utilise un fluide à l'état gazeux dans les conditions de température et de pression du milieu où se trouve la surface de travail, ce fluide étant compressible et se présentant initialement sous une pression supérieure à celle du milieu ou se trouve la surface de travail, et en ce c'on le fait circuler dans des canalisations et on l'injecte dans l'outil de façonnage a' refroidir, gracie . une buse et sous un angle d'incidence le plus petit possible, et de là dans la région de la surface de travail, en Interrompant momentanément l'injection de fluide ou le mouvement de l'outil, ou en faisant varier les conditions de pression, s'il se produit des changements indésirables de la température de l'outil cet de la surface de travail, ou une formation trop importante de givre ou de glaçons. 20) Procédé de façonnage et de réfrigération selon la revendication 1, selon lequel l'outil et la surface de travail se trouvent approximativement dans les conditions "normales" de température et de pression, caractérisé en ce que l'on utilise un fluide à ltétat gazeux dans les conditions "normales" de température et de pression, ce fluide étant initialement, dans une installation de mise en oeuvre du procédé, sous pression et â la température ambiante à l'état liquide. 30) Installation de façonnage à l'aide d'un outil, et de réfrigération pour l'outIl et la surface de travail sur laquelle il opère, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, installation caractérisée en ce qu'elle compcrte des dispositifs d'alimentation en un fluide se présentant à l'état gazeux dans les conditions de température et de pression du milieu où se trouve la surface de travail, ce fluide étant compressible et se présentant initialcment ici sous une pression supérieure a celle du milieu où se trouve la surface de travail, des canalisations pour le faire circuler d:: dispositif d'alimentation à au moins un organe d'injection, outil de façonnage étant monté sur un porte-otil, et en ce qu'elle comporte également un dispositif d'interruption de la circulation du fluide, tel qu'une valve, et au moins un dispositif d'interruption du mouvement de l'outil. 40) Installation de façonnage et de réfrigération selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de réglage de la pression du fluide. 50) Installation de-façonnage et de réfrigération selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif d'alimentation comporte, à la température ambiantes au moins une bouteille de fluide sous pression à l'état liquide, pour refroidir une surface de travail se trouvant dans les conditions "normales" de température et de pression. 60) Installation de façonnage et de réfrigération selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'au moins une partie des canalisations est en matière transparente. 70) Installation de façonnage et de réfrigération selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'organe d'injection est constitué par une canalisation de faible section. 80) Installation de façonnage et de réfrigération selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'organe d'injection et l'outil comportent des canaux de circulation pour le fluide faisant respectivement entre eux un angle de faible valeur le plus petit possible. 90) Installation de façonnage et de réfrigération selon la revendication 3, caractérisée en ce quelle comporte un dispositif d'aspiration des gaz formés. 100) Installation de façonnage et de réfrigération selon l'une quelconque des revendications 3 à q, caractérisée en ce qu'elle comporte un porte-outil dans lequel est usiné un canal (11) de circulation de fluide débouchant du côté "outil" au centre d'un siège (12) tronconique destiné à coopérer avec une partie (32) correspondante usinée sur l'outil (3)) un rotor (4) entourant l'outil (3) sur une partie de la longueur de celui-ci, et placé à l'intérieur d'un corps (2) de porteroutil, ainsi que des moyens de contact (5) entre les parties fixes (2) et les parties tournantes (4), et des moyens de retenue (6) pour outil (3). 110) Installation de façonnage et de réfrigératiôn selon l'une quelconque des revendications 3 à 10 > caractérisée en ce qu'elle comprend un porte-outil muni d'un culot central (106) comportant un canal d'un siège (1061) tronconique destiné à coopérer avec une partie correspondante usinée sur l'outil (107), ce culot étant lié a un rotor (105) percé d'au moins un orifice (1051) pour le passage du fluide, par exemple par une partie filetée (1052), ledit rotor (105) étant lui-mene lie un axe moteur (104), et de mors (108) de serrage enserrant l'outil. 120) Installation de façonnage et de réfrigération selon ltune quelconque des revendications 3 a 11, caractérisée en ce qu'elle est munie d'un outil du type rotatif comportant un canal (201) de circulation de fluide selon son ax'e longitudinal, relié par au moins un conduit (202) a au moins un orifice périphérique situé à la base de l'outil, dans sa région de travail. 139) Installation de façonnage et de réfrigération selon l'une quelconque des revendications 3 à 12, caractérisée en ce qu'elle est munie d'un outil comportant un moyen d'évacuation des gaz formés, constitué par le fait que le diamètre supérieur de-sa partie de travail est plus faible que son diamètre inférieur. 140) Installation de façonnage et de réfrigération selon l'une quelconque des revendications 3 à 13, caractérisée en ce qu'elle est munie d'un outil comportant un moyen d'évacuation des gaz formés, constitué par des stries débouchant en haut de sa partie de travail. 150) Installation de façonnage et de réfrigération selon la revendication 9, caractérisée en ce que le dispositif d'aspiration des gaz mornés comprend un organe d'aspiration relié à une gaine (73), débouchant par un orifice (74) & proximité de la zone où i est nécessaire d'aspirer, par exemple dans une partie d'un écarteur chirurgical ou d'un miroir buccal.