Brevet FR2427849A1 — publié le 19800104

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour laver des pièces de machines ayant des surfaces extérieures sphérique ou cylindriques finies à la machine, par exemple des billes ou rouleaux pour roule@@@@,en liaison avec la fabrication de ces pie ces. Dans la fabrication de roulements à billes ou rouleaux, le lavage, c'est-à-dire le nettoyage et le dégraissage, doivent être effectués à chaque opération de finissage pour éviter le transfert d'impuretés et de résidus de finissage d'une opération à l'autre. De plus, une opera- tion est souvent complétée par une vérification des dimensions ou une inspection de surface, qui exige des surfaces propres pour donner des résultats corrects. ha fabrication de rouleaux ou billes est souvent exécutée de telle manière que les pièces doivent Itre stockées pendant une longue durée, et il est nécessaire de les protéger contre la rouille pour éviter une endommagement du fini de la surface. Pour une protection satisfaisante contre la rouille, on doit appliquer un antirouille sur des surfaces absolument prepres. Pour obtenir un fonctionnement parfait du palier & rouleaux fini, il faut usiner les billes ou rouleaux avec une finition de surface x- trêmement poussée. Il est ainsi absolument nécessaire de protéger les articles à laver de tout dommage pendant l'opération de lavage, par exemple en évi- tant des chocs des billes ou rouleaux entre eux ou avec d'autres objets. ce qui endommagerait les surfaces finies. Il faut donc, pendant l'opé- ration de lavage, maintenir une certaine distance minimale entre les pièce pour éviter des endommagements de la surface. On a trouvé par la pratique de la technique des paliers à rouleau: que le lavage devait laisser sur les surfaces une teneur résiduelle en saleté inférieure a 0,01 mg par cs2 de surface de roulement. On doit considérer cela conne une exigence minimale et, en service continu, le résultat doit être encore meilleur quel que soit l'état des pièces a vaut l'opération de lavage. Les conditions requises du procédé de lavage dépendent beaucoup de l'opération précédente, par exemple, du tournage, du meulage, de la rectification ou du polissage. De même, le procédé de lavage et les ré- sultats du lavage dépendent de la qualité de surface (profondeur de profil) des objets à laver. En ce qui concerne le choix des solvants pour l'opération de lasage, les conditions requises pour une protection améliorée de l'envi- ronnement et de la santé des personnes ont conduit à l'abandon des pro cédés de lavage à base d'eau, du fait qu'il n'est plus permis de dRehar- ger le liquide de lavage usé, directement dans les eaux publiques et, qu'en plus, la destruction ou la régénération de ce liquide consomme beaucoup d'énergie et coûte cher.En outre, on doit éviter, si possible, les hydrocarbures chlorés tels que le trichloréthylène et le perchloréthylène car on les soupçonne de provoquer des cancers. On fait aussi des efforts pour éviter les fréons qui, en fait, sont interdits dans certains états des Etats-Unis d'Amérique à cause de leur effet eur la couche d'ozone entourant la terre. Compte tenu de ce qui précède, il est souhaitable d'établir un procédé de lavage qui, d'une part, soit efficace au point de permettre l'utilisation avec des résultats satisfaisants d'autres solvants tels que du "white-spirit" ou un solvant analogue ayant en eux-mêmes un plus faible pouvoir de lavage, et, d'autre part, permettre l'utilisation de solvants en eux-mêmes polluants ou comportant des risques pour la santé du personnel, tels que les hydrocarbures chlorés et les fréons mentionnés ci-dessus, par une recireulatiou en circuit ferré de ces solvants. Ces deux exigences sont satisfaites par le procédé et le dispositif selon l'invention, qui prévoient l'injection de solvant sous pression dans une chambre de lavage de préférence cylindrique, dans laquelle les pièces de machines sont amenées l'une après l'autre et où le liquide de lavage forme un écoulement rotatif continu. En conséquence, le liquide de lavage dissout les huiles de coupe, les cires de polissage, les agents de refroidissement, les abrasifs de rectification ou produits analogues présents & la surface de la pièce de machine.De plus, le liquide injecté frappe la surface finie selon un angle faible et chasse mécaniquement les particules solides laissées sur la surface par une opération d'usinage précédente. De telles particules solides peuvent être des particules d'acier dues aux processus de meulage et de polis- sage ou des particules provenant des disques, par exemple demoulage. Dans ce cas, il y a quatre sortes de liaisons des matériaux t par cohésion, par adhésion, par adsorption ou par liaison magnétique. La cohésion est le lien provoqué par les forces moléculaires, par exemple dans un liquide tel qu'une huile lubrifiante, tandis que l'adhésion est le résultat de forces entre le matériau de bue et d'autres particiles solides. L'adsorption est soit physique, par exemple quand en souille une surface, soit chimique, par exemple quand on décape une surface, la surface du métal de base étant transformée tandis qu'elle participe & une réaction chimique avec le liquide appliqué. La liaison magnétique apparaît entre des particules magnétiques et le matériau de base. Pendant une opération de m@ulage ou de polissa- go, la pression de coupe provoque une orientation uniforme des aimants élémentaires dans la surface du matériau de bue qui se trouve ainsi magnétisée même après l'opération de finissage. Ce magnétisme est suffisant pour retenir des particules a la surface, même si le film d'huile est totalement enlevé au moyen d'un solvant, par exemple dans un bain. Ainsi, une erreur commune dans les procédés de dégraissage connus antérieurement a été d'enlever le film d'huile et de graisse de la sur- face de la pièce usinée tout on permettant pratiquement à toutes les particules solides de rester sur la surface après l'opération de dégraissage.De plus, on a établi que le lien entre les particules solides et le matériau de bue est plus fort après l'opération de dégraissage qu'avant. Il se produit probablement une liaison moléculaire plus efficace du fait de l'accroissement des forces adhésives lorsqu'on enlève le fils d'huile. En amenant le solvant sous la forme d'un jet frappant relativement durement la surface, le matériau de bue est également travaillé sécaniquement, ce qui élimine les forces adhésives dès la première foursi- ture de solvant, c'est-à-dire en premier lieu Outre l'enlèvement de particules liées par adhésion, avec une telle injection du solvant, on peut éliminer les aprticules à liaison magnétique en appliquent un champ nagnétique alternatif immédiatement avant ou pendant l'opération de lavage. Ainsi, la présente invention permet un dégraissage et un nettoyage très efficaces des surfaces finies des pièces de machines de sorte que l'on peut aussi utiliser du vhite spirit on dépit de sou pouvoir lavant inférieur par rapport aux liquides de lavage mentionnés ci-dessus.On n'a pas découvert d'effet toxique du white spirit et, de plus, il est facile à obtenir, pou coûteux et on peut aisément en disposer après usage, par exemple on le brûlant et on utilisant ainsi sou pouvoir énergétique, par exemple dans une chaudière de chauffage. En séchant les pièces de machines au moyen d'air chaud dans la même chambre cylindrique et on maintenant une pression réduite dans la chambre, il est même possible d'utiliser des liquides de lavage plus dangeraux mais aussi plus efficaces tels que les hydrocarbures chlorés ou les fréons qui sont de préférence mis on recirculatios et réutilisés dans une mesure illimitée au moyen d'une distillation économisant l'é- n@rgie. Evidemment, cela nécessite un système complètement fermé et étanche. Un autre avantage de la présente invention est que le liquide rotatif de lavage peut, par une conception et un positionnement convenables des moyens d'injection et de décharge du solvant, former un film protec- teur sur la surface interne de la paroi de la chambre et protéger ainsi les surfaces finies fragiles des pièces de machines qui seraient endom- magées Si elles heurtaient les parois de la chambre. De plus, le dépla- cement des pièces de machines dans la chambre peut entre commandé par l'écoulement de liquide.Ainsi, @n dirigeant les buses d'injection selon un angle incliné vers la direction d'alimentation des pièces de machines, on peut commander la vitesse d'alimentation en faisant varier la pression de liquide et, de plus, les billes et autres pièces sphériques peuvent entre entraînées en rotation autour d'axes différents de sorte que le lavage devient efficace sur la totalité de la surface. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront dans la description suivante donnée on se référant aux dessins joints qui illustrent une réalisation préférée non limitative du dispositif inventif. Les fig la et 1b illustrent l'idée inventive de base et montrent dans des vues longitudinales o en coupe, respectivement, une portion d'un tube cylindrique enfermé dans ne enveloppe pour wu liquide sou pression qui est injecté par une bue dirigée tangentiellement sur une bille ou un rouleau se trouvant dans le tube;; la fit 2 est une coupe longitudinale d'une plus longue portion d'un tube cylindrique servant de chambre de lavage et ayant un certain nombre d'ouvertures d'injection et de décharge pour le liquide de lavage;; les fig 3 et 4 sont des coupes prises le long des lignes III-III et IV-IV respectivement de la fig 2t la fig 5 est une coupe longitudinale d'une réalisation préférée d'un dispositif selon l'invention dans sa totalité. La fig 1 montre un tube cylindrique 1 avec une bue 2 dirigée tau- gentiellement pour l'injection d'un liquide de lavage sous pression venant d'une chambre 3 qui entoure le tube 1. Le liquide do lavage s'é- coule hélicoïdalement dans le tube 1, c'est-à-dire avec une composante de rotation aussi bien qu'avec une composante axiale. Une pièce de ma- chine telle qu'une bille 4 ou un rouleau que l'on fait tomber dans le tube est influencée par l'écoulement on rotation de liquide, ce qui provoque une force de cisaillement entre le liquide et la surface de la bille ou du rouleau, force proportionnelle à la vitesse d'écoulement en rotation du liquide. L'écoulement axial du liquide fait déplacer la bille ou le rouleau dans le tub. à une vitesse commandée. Une bille est, en plus, amenée à tourner autour d'un axe se trouvant dans un plan perpendiculaire à la direction de l'alimentation sous l'influence de la composant. axiale de l'écoulement de liquide et, par conséquent, la surface totale de la bille est exposée au fort courant de liquide et, par suite, libérée des impuretés sous forme de liquides ou de particules. A cause de la vitesse relativement élevée du liquide injecté, un film stable de liquide est créé à la surface interne de la paroi du tube et il empoche les billes ou rouleaux de frapper la paroi de tube en un contact métal à métal qui endommagerait la surface finie sphEri- que ou cylindrique.L'angle &alpha; de la buse d'injection 2 avec le plan perpendiculaire & la direction d'alimentation (c'est-à-dire l'axe du tube 5) est de l'ordre de 100 à 80 et de préférence d'environ 30e, mais, suivant la vitesse d'alimentation voulue en pièces de machines et la pression de liquide nécessaire, cet angle peut être ajusté à une valeur convenable dans chaque cas spécifique. De même, on peut choisir le jeu entre les pièces de machines et la surface interne de la paroi du tube suivant les circonstances particulières. La fig 2 montre une portion de tube plus longue qui a une première section d'injection I1 où un certain nombre@ ici cinq, de buses 2 den- trio de liquide A-E sont réparties successivement axialement et circonférentiellement autour du tube 1 (voir la fig 3) de manière à produire un écoulement de liquide hélocoïdal et un bon effet de lavage. Ces cinq buses 2,A-E,sont suivies, à une certaine distance nécessaire pour assurer un lavage efficace, par une section de décharge D1 qui a par exem- ple trois rainures de décharge successives 6.Ces rainures ont des trous de sortie 7 orientés en direction opposée si on les compare aux buses d'entrée 2, A-E. Si le liquide a encore une énergie de rotation suffisane te quand il atteint les rainures de décharge, il sort par les trous de sortie 7 en étant projeté par la force centrifuge.De cette manière, on obtient ne décharge rapide et totale du liquide de lavage injecté, dans la section de décharge D1. Comme on le voit sur la fig 5, il y a aussi une bobine de démagnétisation 16 placée juste avant la première partie de lavage. Cette bobine génère un champ magnétique alternatif graduellement décroissant qui démagnétise la bille et les particules liées à celle-ci par adhésion de sorte que le magnétisme restant soit réduit à un minimum quand on atteint la première partie de lavage.Ainsi, même les particules liées magnétiquement sont efficacement enlevées dans la première partie de lavage I, D1. En série avec la première partie de lavage I1, D1, se trouve une partie finale de lavage correspondante I2, D2. On exécute de préférence le lavage en faisant écouler le liquide en direction opposée entre les deux parties de lavage, c'est-à-dire que les billes ou rouleaux sales pénètrent dans un liquide de lavage non purifié dus la première partie de lavage, ce liquide étant de préférence mis en recirculation à partir de la partie finale de lavage, tandis que les billes ou rouleau: en- trent,dans la deuxième partie de lavage, dans un liquide de lavage propre, éventuellement distillé, pour subir le lavage final.La deuxième section de décharge D2 est munie d'un certain nombre, ici quatre, de rainures de décharge 6 qui ont des trous de sortie correspondants 7 pour le liquide de lavage. Le dispositif tel que décrit ci-dessus en se référant à la fig 2 est suffisamment efficace pour l'utilisation de white spirit comme liquide de lavage. Dans ce cas, les billes ou rouleaux peuvent quitter l'appareil de lavage dans un état humide convenant à des mesures ilté- rieures, à une inspection de surface ou à un revêtement avec une huile antirouille. Si le vhite spirit ne produit pas un lavage satisfaisant ou si les billes doivent être séchées après l'opération de lavage, on peut utiliser l'appareil représenté eur la fig 5.La partie supérieure de cet appareil est identique à celle représentée sur la fig 2 sauf en se qui concerne une enveloppe extérieure 9 se trouvant à l'extérieur de l'en- veloppe 8, des brides supérieure et inférieure 10 et 11, des conduits de liaison 12-15, pour le liquide de lavage pur et remis en circulation (12 et 13 respectivement) pour l'air sec (14) et l'air humide (15), la bobine 16 m@ntionnée ci-dessus pour produire un champ magnétique alter natif, un conduit d'évacuation inférieur 17 pour le liquide de lavage usagé ainsi qu'un serpentin de réfrigération 18 disposé entre les en- veloppes 8 et 9. L'appareil selon la fit 5 est destiné à des liquides de lavage distillables tels que le tri et le perchloréthylène ou des fréons. L'appareil contient, à partir du haut, un sas d'air S3, la première partie de lavage décrite ci-dessus qui comprend ses sections d'injection I1 et de décharge D1, la deuxième partie de lavage également mentionnée ci-dessus avec ses sections d'injection 12 et de décharge D2, une sec- tion T1 pour l'injection d'air sec, ne section de sortie 81 pour l'air, une deuxième section d'injection d'air T2 et un sas d'air S2. L'appareil est étanche aux gu et le serpentin de réfrigération 18 à l'inté- rieur de l'enveloppe 8-11 réduit la pression de vapeur @@ns@dans l'ap- pareil de sorte que le risque de fuite de vapeur de solvant est mini misé. L'air est de préférence mis an recircul@@ion comme décrit dans la demande de brevet français déposée le mime jour pour "Procédé et dispositif de séchage de pièces de machines@. Ainsi, on alimente les pièces de machines successivement par l'en triée supérieure où elles sont tout d'abord exposées au champ magnétique alternatif généré par la bobine 76 au moyen d'un courant alternatif 1 par exemple à la fréquence de 50 Hz, ce qui démagnétise les pièces de a chines et les particules d'acier liées magnétiquement.Ensuite, les pièces de machines entrent dans la section d'injection I1 où l'on effectue un premier lavage pour éliminer les huiles, etc, solubles dans le liquide de lavage aiui que les particules liées par adhésion et magnétique- ment. Le liquide de lavage qui contient des impuretés de ce genre @'é- chappe par les trous de sortie 7 de la section de décharge D1 et il s'écoule, par une ouverture 19 de l'enveloppe intérieure 8, vers l'extérieur dans la chambre 3 de l'enveloppe de fermeture et de là, par un conduit d'évacuation 17 dans un réservoir collecteur (non représenté). De ce réservoir le liquide de lavage peut, après avoir été filtré ou avoir subi une opération analogue, être remis en circulation ou pompé sous pressien, par l'intermédiaire du conduit 13, dans la section d'injection I1. La pièce de machine grossièrement lavée atteint maintenant la section d'injection I2 de la partie de lavage finale où elle est finement lavée dans le liquide de lavage pur amené par le conduit 12. Dans le cas de white spirit ou de solvant équivalent, on utilise un liquide frais, tau- dis que dans le cas de tri ou de perchloréthylène ou de fréons, le liquide de lavage pur consiste de maniere appropriée en un distillat obtenu par distillation du liquide provenant du réservoir collecteur.De la même manière que dans la partie de lavage précédente, le liquide de lavage est déchargé dans la section de décharge Sa et il s'échappe prr une ouverture 20 de l'enveloppe intérieure 8 dans le conduit d'évacua tison 17 et le réservoir collecteur. Pour ensuite sécher la pièce de machine, on fait passer celle-ci dans deux sections de séchage T1, Ta où de l'air chaud est injecté par des buses ménagées dans la paroi de tube. Dans les sections de sortie d'air S1- S3 qui sont reliées au côté d'aspiration d'un compresseur ou de son équivalent, par le conduit 15, l'air qui contient maintenant do la vapeur de solvant est évacué et, de plus, cela maintient une pres sion réduite à l'intérieur du tube i et de la chambre 3 (on peut compa- rer les ouvertures 21-23 de la paroi de tube 8).Comme, additionnellement, la température est maintenue basse au moyen du serpentin de rétrigéra- tion 18, la pression partielle du solvant est également réduite, et le risque de fuite de solvant dans l'environnement est minimisé. Comme on l'a mentionné plus haut, cela est d'une grande importance dans le cas où l'on utilise des liquides de lavage nocifs pour l'environnement. Comme on l'a dit plus haut, l'appareil peut comprendre seulement la partie supérieure contenant les deux portions de lavage (conformément à la fig 2) et la bobine de démagnétisation 16, dans le cas où l'on utilise du vhite spirit et où les pièces de machines peuvent quitter l'appareil à l'état humide. En pratique, il peut être avantageux de monter l'appareil selon un angle un peu incliné, tel que de 10 à 45., de préférence 30 , par rapport à la direction verticale de sorte que le liquide de lavage qui peut dégoutter des buses d'injection 2, A-E, soit recueilli stressent par les rainures de décharge 6 de la section de décharge respective.D1, D2. Dans les application industrielles, on particulier dans la fabrication de paliers à rouleau:, on monte de manière appropriée une pluralité d'appareils unitaires selon la fig 5 pour un fonctionnement on pa- rallèle. Finalement, on doit faire remarquer que les personnes compétentes en la matière peuvent apporter nombre de modifications et de changements de détail on restant dans la portée de l'idée inventive. Ainsi, on peut, si on le désire, inverser le sens de rotation du solvant injecté dans les parties de lavage successives, particulièrement si une bille ou n rouleau a tendance à tourner à une vitesse proche de la vitesse de rotation de l'écoulement de solvant, ce qui donnerait un gradient de vites- se sensiblement plus faible entre l'écoulement de liquide et la bille ou le rouleau et, par suite, un effet de lavage réduit. REVENDICATIONS i - Procédé perfectionné de lavage alec un solvant de pièces de machines présentant des surfaces externes finemeat usinées, caractérisé en ce que l'on alimente en ces pièces, amenées l'une après l'autre, une chambre de lavage qui est axialement symétrique par rapport à la direction d'alimentation, le solvant étant injecté soue pression dans cette chambre dans une direction telle qu'il s'écoule avec une vitesse ayant une composante de rotation autour de la direction d'alimentation et qu'il frappe la surface finement usinée de la pièce de machine selon un angle faible mais avec une grande énergie, ce qui enlève efficacement les impuretés solubles dans ce solvant aussi bien que d'autres impuretés liées à cette surface. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse d'écoulement du solvant a aussi une composante axiale dans la direction d'alimentation. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solvant est amené à s'écouler hélicoidalement en formant un film liquide protectour sur la surface intérieure de la paroi de la chambre de lavage pour la protection de la surface des pièces de machines. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse d'écoulement du solvant a une composante de rotation telle que le solvant s'écoule automatiquement hors de la chambre de lavage par au moins une ouverture de décharge ménagée dans la paroi de la chambre de lavage. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé on ce qu'ou applique tm champ magnétique alternatif aux pièces de machines, de sorte que des particules d'impuretés liées magnétiquement soient démagnétisées et puissent ainsi être enlevées au moyen du solvant injecté. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lavage est réalisé en au moins deux étapes de lavage effectuées l'une après l'autre dans la direction de l'alimentation, un solvant pur étant de préférence utilisé dans la dernière étape et remis en circulation dans l'étape précédente. 7 - Dispositif perfectionné mettant en oeuvre le procédé défini dans la revendication 1, caractérisé on ce qu'il comprend une chambre de lavage symétrique autour d'un as et ayant une entrée et une sortie pour l'alimenter en pièces de machines,l'une après l'autre, au moins une buse d'injection étant prévue pour l'injection de solvant sous pression, buse disposée sur la paroi de la chambre de lavage entre ladite entre et ladite sortie et dirigée sensiblement dans une direction tangentiel le, vue dans un plan perpendiculaire à la direction d'alimentation des pièces de machines. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la buse est inclinée par rapport audit plan de sorte: que la direction d'injection soit orientée suirant un angle par rapport à ce plan. 9 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une pluralité de buses sont disposées le long d'un chemin hélicoïdal autour dudit axe. 10 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins une ouverture de décharge du solvant est disposée dans la paroi de la chambre de lavage entre cette buse et ladite sortie pour les pièces de machines. 11- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que cette ouverture de décharge consiste en un trou de sortie tangential qui est sensiblement dirigé dans la direction d'écoulement du solvant s'écou- lant rotativement. 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'une pluralité de trous de sortie sont répartis circonférentiellement dans une rainure annulaire formée dans la paroi de la chambre. 13 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'au sois deux rainures annulaires, avec les trous de sortie correspondants, sont disposées l'uns après l'autre dans la direction d'alimentation. 74 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'au moins une buse pour le solvant, appartenant à une partie de lavage ad- ditionnelle, est dispose entre ladite ouverture de décharge et ladite sortie pour les pièces de machines. 15 - Dispositif selon la revendication 14, caractérisé on ce qu'au moins deux ensembles de buses d'injection et d'ouvertures de décharge sont prévus dans les parties de lavage correspondantes. 16 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour produire un champ magnétique alternatif dans la chambre de lavage entre l'entrée de cette chambre et la buse. 17 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la cham- bre de lavage est formée par un tube. 78 - Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'axe du tube est orienté selon un angle de l'ordre de 10. à 45 par rapport à la direction verticale. 19 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la cham- bre de lavage est entourée par une enveloppe étanche au: gan, des moyens étant prévus pour maintenir une pression réduite dans la chambre de lavage ainsi que dans la chambre comprise entre cette chambre et cette enveloppe.