Brevet FR2384581A1 — publié le 19781020

La présente invention est relative à un procédé et un dispositif pour ébarber les pièces fabriquées à partir de matériaux métalliques et elle concerne notamment un procédé et un dispositif pour fondre et enlever les barbes ou ébarbures par utilisation d'un arc. Tel qu'il est utilisé ici, le terme "barbe" désigne une mince arête ou zone de rugosité produite lors du travail du métal et que l'on désire éliminer définitivement du produit fini. Dans le cas d'un processus de cisaillage, on emploi habituellement le mot "barbes" et le mot "bavures" est utilisé dans les processus de forgeage, de soudage et de coulée. Il est toutefois bien entendu que, dans la présente application, le terme barbes désigne tous ces défauts et d'autres encore, constitués par une telle arête ou zone dans les produits métalliques finis. Il est bien connu que, lorsqu'on fabrique un produit métallique par travail plastique (par exemple forgeage, étirage, cisaillage, coulée ou soudure), il se produit des barbes sur les bords, les extrémités, les joints, etc, des produits. Il est nécessaire ou souhaitable d'enlever ces barbes sur les produits, car elles n'ont aucune utilité fonctionnelle et nuisent à l'aspect des produits. Selon la pratique conventionnelle, on les élimine par un procédé mécanique, tel que meulage à la meule ou coupe au tour, ou en les fondant avec la flamme d'un gaz. Cependant, ces procédés classiques d'ébarbage présentent un ou plusieurs inconvénients. Par exemple, l'opération d'ébarbage est longue et compliquée. Par ailleurs, elle est très bruyante et dégage beaucoup de poussière, ce qui rend pénibles les conditions de travail. En conséquence, l'invention concerne un nouveau procédé et un nouveau dispositif -- qui permet d'enlever les barbes sans présenter les inconvénients énumérés ci-dessus - qui permet d'ébarber les produits métalliques finis en très peu de temps - qui permet de procéder à un tel ébarbage, à volonté sans endommager les produits. L'invention procure donc un procédé pour fondre et enlever une barbe formée sur un produit fabriqué partir d'un matériau métallique, dans lequel on engendre un arc entre la barbe comme première électrode et une autre électrode voisine de la barbe et s'étendant le long de celle-ci, et on forme un champ magnétique avec un flux magnétique orienté en travers de l'arc pour entraîner ledit arc le long de la barbe par une force électro-magnétique. La présente invention procure également un dispositif pour fondre et enlever une barbe formée sur un produit fabriqué à partir d'un matériau métallique, comportant une électrode s'étendant à une certaine distance de la barbe et le long de celle-ci, une source de courant pour appliquer une tension entre la barbe et l'électrode de façon à engendrer un arc entre elles ; et des moyens pour former un champ magnétique ayant un flux magnétique orienté en travers de l'arc pour entraîner ce dernier le long de la barbe par une force électromagnétique Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. - La figure 1 est une vue en coupe simplifiée montrant une réalisation du dispositif d'ébarbage selon l'invention - la figure 2 est une vue simplifiée de dessus de la réalisation de la figure 1. En se reportant aux figures du dessin, un produit 2 obtenu en soudant les extrémités de, par exemple, deux barres cylindriques métalliques 2a et 2b par une technique de soudage bout à bout présente un bourrelet annulaire (barbe) 4 s'étendant le long de la surface périphérique du joint de soudure. Pour enlever la barbe 4 du produit 2 par le procédé de la présente invention, le produit 2 est disposé à l'intérieur d'un anneau 6 en une matière convenable pour former une électrode,de sorte que cet anneau 6 entoure la barbe 4 et que sa surface interne s'étend le long de la barbe 4 à une distance prédéterminée de celle-ci. On applique alors une tension entre le produit 2 et l'anneau 6 par une source de courant appropriée 8 raccordée au produit 2 et l'anneau 6.Il en résulte que la barbe 4 sert de première électrode et que l'anneau 6 sert de deuxième électrode. Un arc 10 est engendré entre ces deux électrodes en une ou plusieurs positions pour lesquelles ces électrodes sont les plus rapprochées l'une de l'autre (c'est-à-dire entre au moins une partie de la barbe 4 qui est la plus saillante et la partie -correspondante de l'électrode 6). Lorsqu'on forme un champ magnétique ayant un flux magnétique 12 orienté en travers de l'arc 10, de préférence orienté pratiquement à angle droit par rapport à lui, il se crée une force électromagnétique selon la règle de Fleming de la main gauche. L'action de la force électromagnétique dite résultante entraîne l'arc 10, par exemple dans la direction de la flèche 14, et ainsi le fait tourner le long de l'espace annulaire entre l'électrode 6 et la barbe 4. De ce fait la barbe 4 est progressivement fondue par la chaleur dégagée par l'arc 10 et est enlevée du produit 2 très rapidement (par exemple en quelques secondes). L'arc 10 engendré entre l'électrode 6 et la barbe 4 peut être à courant alternatif ou à courant continu, mais il est de préférence courant continu. Dans ce dernier cas, l'arc peut être entraîné de façon continue dans la direction prédéterminée par la seule formation d'un champ magnétique ayant un flux magnétique orienté en travers de l'arc. Par ailleurs, pour entraîner de façon-continue un arc à courant alternatif dans la direction prédéterminée, on doit changer la direction du flux magnétique du champ magnétique en synchronisme avec la phase du courant alternatif pour maintenir les deux dans une relation prédéterminée. Afin d'engendrer un arc à courant continu entre l'électrode 6 et la barbe 4, il est préférable d'utiliser l'électrode 6 comme électrode négative et la barbe 4 comme électrode positive. Comme le connaissent les spécialistes de cette technique, lorsqu'on engendre un arc en courant continu entre deux électrodes, l'électrode négative est à une tempéra- ture relativement faible et ltelectrode positive est à une température relativement élevée. En conséquence, l'électrode 6, servant d'électrode négative, est à une température relativement basse, tandis que la barbe 4, servant d'électrode positive, est à une température relativement élevée. Il en résulte qu'on évite d'endommager par la chaleur la matière de l'électrode 6 et que cette électrode a ainsi une plus longue durée de vie. D'autre part, la barbe 4 peut être fondue avec un meilleur rendement. Il est important que la forme de l'électrode 6 corresponde à la forme de la barbe enlevée, et que l'électrode 6 s'étende le long de la barbe 4 à une distance prédéterminée de celle-ci. Sur les figures 1 et 2, la barbe 4 a fondre et à enlever est annulaire et l'électrode 6 est de façon correspondante annulaire. Si la barbe est une ligne droite s'étendant le long d'un côte d'un produit sous forme de parallélépipède rectangle, l'électrode peut être une étroite bande de matière s'étendant le long de la barbe à une certaine distance de celle-ci. Si l'électrode et la barbe ne sont pas sans fin, comme dans ce cas, l'arc formé entre les deux peut être entraîné de façon à se déplacer d'un mouvement alternatif le long de la barbe. De préférence, le coté de l'électrode 6 placé en face de la barbe 4 est effilé, comme on le voit sur la figure 1, et un arc-est engendré entre cette extrémité amincie et la barbe 4. La valeur du courant d'arc formé entre l'elec- trode 6 et la barbe 4 peut être choisie à volonté selon la matière, la dimension, la forme, etc, de la barbe à fondre et à enlever En général, on peut engendrer un courant d'arc compris entre lOOA et 10 OOOA, en fonction de la matière, de la dimension, de la forme etc., de la barbe 4 à enlever. Il est inutile de dire que, si l'on accroît le courant d'arc, on accroît également la'quantité de la barbe fondue et enlevée dans un temps prédéterminé. Si on le désire, au fur et à mesure de l'avancement de la fusion et de l'enlèvement de la barbe, on peut faire varier la tension à appliquer entre l'électrode 6 et la barbe 4 pour modifier la valeur du courant d'arc entre les deux. Par exemple, dans le cas d'une barbe dont la largeur augmente progressivement à partir de son extrémité à la base comme c'est le cas de la barbe 4 représentée sur la figure 1, on peut progressivement augmenter la valeur du courant d'arc au fur et à mesure de l'avancement de la fusion et de l'enlèvement de cette barbe. En outre, comme il sera décrit en détail ci-apres, on peut réduire le courant d'arc vers la fin de l'opération d'ébarbage par un système de régulation automatique de température pour ne fondre que la barbe 4 sans dé té- riorer l'aspect du produit 2. La source de courant 8 pour engendrer l'arc entre l'électrode 6 et la barbe 4 en appliquant une tension entre les deux peut être une source de courant utilisée dans le domaine du soudage à l'arc, par exemple une source de courant continu classique équipée d'un générateur haute fréquence. On peut former de toute manière voulue le champ magnétique nécessaire pour engendrer la force électromagnétique entraînant l'arc 10 le long de la barbe 4. Par exemple, on peut le former en montant un enroulement électromagnétique ou un aimant permanent au-dessus et en-dessous de L'électrode 6 et de la barbe 4 ou en utilisant les électrodes elles-mêmes comme aimants permanents. On peut également entraîner l'arc 10 en utilisant un champ magnétique induit autour de l'électrode 6 du fait du courant circulant à travers cette électrode. Dans la réalisation représentée sur les figures I et 2, l'électrode 6 est un aimant permanent en matière ferro-magnétique magnétique à la fois sur sa surface supérieure et sa surface inférieure. L'arc 10 est entraîné le long de la barbe 4 en utilisant à la fois un champ magnétique formé par cet aimant permanent et un champ magnétique induit par le courant circulant à travers l'électrode 6. Des essais ont montré que, lorsqu'on forme un champ magnétique de 50 à 500 gauss, qui croise un arc de 100 à 700 A pratiquement à angle droit, l'arc est entraîné à une vitesse de 20 à 70 m/s, et que, lorsqu'on utilise un champ magnétique de 300 à 1000 gauss, coupant un arc d'environ 1000 A pratiquement à angle droit, l'arc est entraîné à une vitesse de 200 à 300 m/s. Il est important que, pendant la fusion et l'enlèvement de la barbe 4 par l'arc 10, la fusion de l'autre partie du produit 2 soit empêchée pour éviter de détériorer l'aspect de ce produit 2. On peut atteindre ce but, par exemple en arrêtant l'arc 10 entre l'électrode 6 et la barbe 4 à un moment donné (à savoiren réglant correctement le temps passé pour fondre et enlever la barbe par l'arc 10) ; ou en réglant la distance entre l'électrode 6 et le produit 2 de telle façon que, lorsque pratiquement toute la barbe aura été enlevée, la distance entre l'électrode 6 et le produit 2 ne permette plus la génération de l'arc. Le temps d'ébarbage peut être prédéterminé par expérience, mais il peut être également automatiquement réglé par la détection d'une variation dans la tension entre l'elec- trode 6 et la barbe 4. Comme on le sait, lorsque la longueur d'arc change, la tension entre les électrodes change de façon correspondante, et lorsque la longueur d'arc augmente, la tension entre les électrodes augmente également. En conséquence, lorsque la barbe 4 est enlevée et que la distance entre l'électrode 6 et la barbe 4 augmente, la longueur de l'arc 10 entre l'électrode 6 et la barbe 4 augmente et de façon correspondante, la tension entre l'électrode et la barbe est plus élevée. On peut en conséquence déterminer la profondeur d'enlèvement de la barbe 4 en détectant une variation dans la tension entre l'électrode et la barbe.Lorsqu'on a détecté que la barbe 4 a été pratiquement complètement enlevée, on peut arrêter la génération de l'arc 10 en coupant automatiquement l'application de la tension entre l'électrode et la barbe en fonction de la détection. Ainsi, on peut fondre et enlever de façon satisfaisante la barbe sans pratiquement détériorer l'aspect du produit 2. Dans cette régulation automatique, on peut rendre plus aisément détectable la profondeur d'enlèvement de la barbe par la tension de l'arc à un moment voisin de la fin de l'opération d'ébarbage, afin de diminuer le courant d'arc et de ralentir la vitesse d'ébarbage. Lorsque la barbe 4 est à fondre et à enlever en formant l'arc 10 entre l'électrode et la barbe et en entraînant l'arc 10 le long de la barbe, l'enlèvement de cette barbe est de préférence obtenu de façon plus efficace en faisant passer un débit approprié (par exemple 0,5 à 100 1/min.) d'un gaz à travers le volume compris entre l'électrode et la barbe, comme le montre la flèche 16 sur la figure 1, et en soufflant par ce courant de gaz la barbe fondue. Lorsqu'on utilise un gaz ayant une faible tension d'ionisation , tel que l'argon, on obtient en plus l'avantage que l'arc 10 entre l'électrode et la barbe peut être maintenu stable.Lorsqu'on -mélange de l'oxygène avec le gaz et que le produit 2 est, par exemple, en fer ou en acier, on peut obtenir un avantage supplé- mentaire en ce sens que la barbe 4 brûle par l'oxygène fourni pour dégager la chaleur de combustion qui, à son tour, facilite la fusion de la barbe. Les exemples suivants illustrent la présente invention de façon plus spécifique sans toutefois la limiter. Exemple 1 On traite dans les conditions suivantes, par un dispositif du type représenté sur les figures 1 et 2, une bavure annulaire ayant une épaisseur moyenne de 0,5 mm et une longueur moyenne de saillie de 10 mm, qui a été produite sur la surface périphérique d'un produit cylindrique en fonte moulée au sable vert, avec un diamètre de 150 mm. En environ 3 secondes, pratiquement toute la bavure peut être fondue et enlevée sans détériorer pratiquement l'aspect du produit. Courant d'arc continu : 200 A Intensité du champ magnétique : environ 3000 AT/m Débit du gaz (90% argon + 10% oxygène) : 5 1/min. Exemple 2 On traite dans les conditions suivantes par un dispositif du type représenté sur les figures 1 et 2 une bavure annulaire ayant une épaisseur moyenne de 1,0 mm et une longueur moyenne de saillie de 10 mm, qui a été produite sur la surface périphérique d'un produit cylindrique en fonte moulée au gaz carbonique, avec un diamètre de 150 mm. En environ 4 secondes, pratiquement toute la bavure peut être fondue et enlevée sans pratiquement détériorer l'aspect du produit. Courant d'arc continu : 300 A Intensité du champ magnétique : environ 5000 AT/m Débit du gaz 190% argon + 10% oxygène): 5 1/min Exemple 3 On traite-dans les conditions suivantes par un dispositif du type représenté sur les figures 1 et 2, une bavure annulaire ayant une épaisseur moyenne de 2,0 mm et une longueur moyenne de saillie de 15 mm qui a été produite sur la surface périphérique d'un produit cylindrique d'acier coulé au sable vert, avec un diamètre de 150 mm En environ 7 secondes, pratiquement toute la bavure peut être fondue et enlevée sans pratiquement détériorer l'aspect du produit. Courant d'arc continu : 500 A Intensité du champ magnétique : environ 7000 AT/m Débit du gaz (90% argon + 10% oxygène) : 5 I/mn. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour fondre et enlever une barbe formée sur un produit fabriqué a partir d'un matériau métallique, caractérisé en ce qu'on engendre un arc entre la barbe comme première électrode et une autre électrode s'étendant à une certaine distance de la barbe le long de celle-ci, et on forme un champ magnétique ayant un flux magnétique orienté en travers de l'arc pour entraîner l'arc le long de la barbe par une force électromagnétique. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on engendre un arc en courant continu entre les électrodes en appliquant une tension de courant continu entre celles-ci. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la barbe est l'électrode positive et que l'autre électrode est l'électrode négative. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode est en une matière aimantée et que le champ magnétique est formé par cet aimant permanent. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait passer un gaz dans l'espace compris entre la barbe et l'électrode. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé -en ce que le gaz est un gaz ayant une faible tension d'ionisation. 7 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le gaz contient de l'oxygène. 8 - Dispositif pour fondre et enlever une barbe formée sur un produit fabriqué à partir d'un matériau métallique, caractérisé en ce qu'il comporte une électrode s'étendant le long de la barbe et à une certaine distance de celle-ci, une source de courant pour appliquer une tension entre la barbe et l'électrode pour engendrer un arc entre les deux, et des moyens pour former un champ magnétique ayant un flux magnétique orienté en travers de l'arc pour entraîner l'arc le long de la barbe par une force électro-magnétique. 9 - Dispositif selon la revendication 8, carac térisé en ce que la source de courant est une source de courant continu. 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la borne positive de la source de courant est raccordée à la barbe et que la borne négative est raccordée à l'électrode. 11 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte également un moyen d'amener le gaz pour faire passer un gaz à travers l'espace entre la barbe et l'électrode. 12 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la barbe est une barbe sans fin s'étendant le long de la surface périphérique du produit et que l'électrode est une électrode sans fin entourant la barbe. 13 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la barbe est une barbe annulaire présente sur la surface d'un produit cylindrique et que l'électrode est une électrode annulaire entourant la barbe.