Brevet FR2449509A1 — publié le 19800919

La présente invention concerne les techniques d'usinage et a notamment pour objet un outil destiné à l'usinage d'orifices, en particulier pour l'usinage d'orifices par déformation plastique. Il est avantageux d'utiliser la présente invention, notamment, pour la finition d'orifices profonds (l/d a 10) et pour l'usinage d'orifices dont la surface présente la rugosité requise R #O 0,16-1,25y a Dans la technique moderne, la finition des orifices doit satisfaire à des exigences de haute précision (dans une plage de tolérance limitée à des centièmes de millimetre et de rugosité R 4 O,16-l,25y. On réussit en a général à satisfaire ces exigences en faisant appel à l'usinage par coupe, suivi d'une opération supplémentaire de finition des orifices.Depuis quelque temps on s'efforce de plus en plus souvent de réaliser les opérations de finition par la méthode de déformation plastique, qui assure un écroui s sage de la surface déformée et supprime en outre les défauts éventuels inhérents aux autres genres d'usinage, tels que la rectification, qui peuvent provoquer des fissurations, etc. Pour la finition par déformation plastique on utilise dans les constructions mécaniques des outils de différentes conceptions. On connalt par exemple un mandrin à tête sphérique de déformation, fixée rigidement sur un porte-tête.Pendant l'usinage, le mandrin est animé d'un seul mouvement de travail le long de l'orifice a usiner, au cours duquel s'effectue l'égalisation (le lissage) de la surface de l'orifice. L'inconve- nient de cet outil est sa basse tenue, due au fait que seule une bande étroite diamétrale de la tête de déformation participe au travail, ce qui réduit la précision et la qualité de l'usinage. On connaît également des outils rotatifs de différentes conceptions, qui reçoivent non seulement un mouvement le long de l'axe de l'orifice mais aussi un mouvement autour de cet axe. Ainsi, un outil connu pour d'orifices, décrit dans le certificat d'auteur n0 180499, cl. B23b, comporte des éléments de déformation en forme de billes montées sur un support, dans un séparateur, et roulant suivant un cône d'appui, ces billes comportant un méplat d'appui et étant logées dans le séparateur sous un angle aigu par rapport à l'axe du support pour assurer son avance automatique.Toutefois, pendant le fonctiormement de l'outil, ces billes de déformation n'entrent en contact avec la surface de l'orifice à usiner que par une bande diamétrale étroite de leur surface, de sorte que ce sont toujours les mêmes parties des billes qui sont soumises à l'usure, ce qui affecte à la fois la tenue de l'outil et la qualité de la surface usinée. On s'est donc proposé de mettre au point un outil pour l'usinage d'orifices par déformation plastique, dont la tête et les éléments de déformation disposés sur celle-ci seraient conçus de façon à réduire l'usure de l'outil et assurer l'usinage des orifices par roulage de ce dernier sur leur surface avec égalisation ou lissage simultané de celle-ci. Ce problème est résolu grâce à un outil pour l'usinage d'orifices par déformation plastique, du type comprenant une tête portant des éléments de déformation et montée sur le tourillon d'un porte-tête, caractérisé, suivant l'invention, en ce que ladite tête est montée sur le tourillon du porte-tête de manière à pouvoir tourner autour d'un axe incliné par rapport à l'axe du porte-tête, et que les surfaces actives des éléments de déformation portés par ladite tête sont disposées suivant une sphère imaginaire. Au cours de l'usinage de l'orifice, les éléments de déformation réalisent, par rapport à l'orifice à usiner, un mouvement oscillatoire défini par un angle d'oscillation égal à 2# grâce à la combinaison des mouvements rotatifs de l'ébauche comportant l'orifice à usiner et de la tête montée sous un angleo( par rapport à l'axe du porte-tête. Grâce à ce mouvement oscillatoire, les parties actives des éléments de déformation se remplacent automatiquement et continuellement, de sorte que l'usure des éléments de déformation diminue d'autant de fois qu'il y a de parties actives de longueur e 1 dans la longueur de chaque élément de déformation, dans la limite d'une bande de forme sphérique imaginaire à angle central égal à 2 . La disposition des surfaces actives des éléments de déformation suivant une sphère imaginaire assure l'obtention d'une longueur maximale de chaque élément de déformation et, par conséquent, de leur usure minimale. En outre, une telle réalisation de la tête permet d'effectuer simultanément l'usinage des orifices par roulage et l'égalisation (lissage) de leur surface. Il est avantageux de réaliser les éléments de déformation sous forme de saillies sur la surface de la tête. Ces saillies disposées sur la surface de la tête permettent de diminuer la surface de contact entre la tête et la surface de l'orifice et d'augmenter les tensions de contact au cours de l'usinage, ce qui permet d'effectuer simultanément la déformation par roulage et l'égalisation (lissage) de la surface de l'orifice en n'appliquant qu'un minimum des forces et de puissance. Il est possible de disposer les saillies suivant des sections planes de la tête. Une telle disposition des saillies permet de simplifier la fabrication de l'outil. On peut aussi disposer les saillies sous un angle par rapport aux sections axiales de la tête. En disposant les saillies sous un angle par rapport aux sections axiales de la tête on obtient la possibilité de réaliser l'usinage soit suivant tout le périmètre de ltorifice, soit suivant une partie de celui-ci, selon l'angle choisi d'inclinaison des saillies lors de la rotation de la tête sous l'action de la paroi de l'orifice à usiner, ce qui supprime la nécessité de faire appel à une commande spéciale pour la rotation de la tête. En conséquence, les possibilités technologiques de l'outil se trouvent élargies, et on peut par exemple usiner des orifices à pans. Il est également possible de disposer les saillies suivant au moins une ligne hélico#dale. Dans ce cas, la longeur active des éléments de déformation augmente, leur usure décroît, les conditions de travail de l'outil s'améliorent. Notamment, l'engagement de l'outil dans l'orifice à usiner s'effectue d'une manière plus douce. En cas d'usinage d'orifices de précision, il est avantageux, pour simplifier la conception de l'outil, que les éléments de déformation soient rigidement liés à la tête, car cela assure en même temps le calibrage des orifices à usiner. S'il est nécessaire d'usiner les orifices avec des tolérances relativement grandes, mesurées en centiemes de millimètre ou plus, il est avantageux de lier les éléments de déformation à la tête élastiquement. Dans le but de simplifier la conception de l'outil et d'élever son rendement en cas d'usinage de petits orifices, il est avantageux de prévoir sur la tête de l'outil, en tant qu'élément de déformation, une surface sous forme d'une bande lisse de forme sphérique imaginaire. Il peut être avantageux, d'un point de vue pratique, d'utiliser une tête constituée par un jeu de disques montés sur le porte-tête de maniere à pouvoir tourner indépendamment l'un de l'autre. Ceci permet notamment d'assurer, au cours de l'usinage, une vitesse optimale de chacun des disques sous l'action de la paroi de l'orifice à usiner. Les conditions d'usinage s'améliorent, et grâce à la diminution des vitesses de glissement de travail l'usure des éléments de déformation diminue. Pour assurer un auto-centrage de l'outil par rapport à l'orifice au cours de son usinage, il es possible de monter la tête sur le porte-tête de façon à ce qu'elle soit mobile radialement par rapport à l'axe du porte-tête. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels:: - la figure 1 représente une vue d'ensemble en perspective d'un outil pour l'usinage d'orifices,muni d'éléments de déformation réalisés sous forme de saillies sur la tête, conformément à l'invention; - la figure 2 est une vue d'ensemble d'un outil dans lequel l'élément de déformation est constitué par une surface sous forme d'une bande lisse de forme sphérique imaginaire, conformément à l'invention; - la figure 3 est une vue d'ensemble d'un outil sur la tête duquel les saillies sont disposées suivant une ligne hélicoIdale, conformément à l'invention; - la figure 4 représente d'une manière schématique une tête munie d'éléments de déformation réalisés selon différentes variantes conformément à l'invention (vue en coupe transversale);; - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un outil dont la tête est constituée par un jeu de disques, conformément à l'invention. L'outil proposé pour l'usinage d'orifices par déformation plastique est du type comprenant une tête 1 (figure 1) portant des éléments de déformation. La tête 1 comporte un corps 2 exécuté sous forme d'un corps de révolution dans lequel est prévu un orifice central 3 (figure 2) permettant de le monter sur le tourillon 4 d'un porte-tête 5. Par l'intermédiaire du porte-tête 5, l'outil est fixé dans une broche, dans le fourreau d'une contre-poupée, ou dans tout autre dispositif de machine-outil destiné à cet usage (non représentés). Conformément à l'invention, la tête 1 est montée sur le tourillon 4 du porte-tête 5 de manière à pouvoir tourner autour d'un axe 0-0 incliné sous un angle #X par rapport à l'axe L-L du porte-tête 5. Des paliers 6 (figure 1) sont prévus pour permettre cette rotation. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les surfaces actives des éléments de déformation portés par la tête 1 sont disposées suivant une spere imaginaire représentée par des traits interrompus sur les figures-l, 2, 3. Suivant l'invention, les éléments de déformation se présentent sous forme de saillies 7 (figure 1) disposées sur la surface de la tête et qui diminuent l'aire de contact entre la tête et la paroi de l'orifice à usiner 8 et augmentent les tensions de contact au cours de l'usinage. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, les saillies 7 sont disposées sous un angles allant jusqu'à 900 par rapport aux sections axiales de la tête 1, notamment par rapport à celle coïncidant avec le plan du dessin sur la figure 3. Pour simplifier la conception de la tête, on peut disposer les saillies 7 suivant des sections planes de la tête, de la manière représentée sur la figure 1. Dans le but d'augmenter la longueur active des éléments de déformation, on peut utiliser le mode de réalisation représenté sur la figure 3, dans lequel lesdites saillies 7 sont disposées suivant au moins une ligne hélicoïdale. Pour simplifier la conception de l'outil, les éléments de déformation peuvent être liés à la tête 1 d'une manière rigide, conformément aux modes de réalisation illustrés sur la figure 4. Par exemple, les saillies peuvent être exécutées d'une seule pièce avec le corps 2 de la tête 1 (saillie 7a), ou bien elles peuvent être amovibles (7b), ou bien encore se présenter sous forme de corps de révolution (7c) montés de manière à se déplacer suivant des chemins de roulement pratiqués sur le corps 2 de la tête 1. En cas d'usinage d'orifices avec de grandes tolérances de fabrication, les éléments de déformation, exécutés sous forme de saillies 7d, peuvent être reliés à la tête 1 élastiquement, par exemple à l'aide de ressorts 9. Pour l'usinage d'orifices de petit diamètre (par exemple jusqu'à 50 mm), ou encore pour l'usinage d'orifices dans des pièces en matériaux doux ou mous, on peut utiliser en qualité d'élément de déformation sur la tête 1 une surface sous forme d'une bande sphérique lisse, telle que celle représentée en 10 sur la figure 2. La tête 1 représentéesur la figure 5 est constituée, Eonformément à un autre mode de réalisation de l'invention par un jeu de disques 11 dont le profil est arrondi en vue d'égaliser ou lisser les orifices à usiner. Les disques 11 sont montés sur le porte-tête 5 de manière à pouvoir tourner indépendamment l'un de l'autre. De cette manière,pendant l'usinage, grâce à la rotation indépendante de chacun des disques 11, on obtient des vitesses minimales de glissement des éléments de déformation par rapport à l'orifice à usiner 8, ce qui diminue leur usure. La figure 2 représente une tête 1 montée sur le porte-tête 5 avec possibilité de se déplacer radialement par rapport à l'axe du porte-tête 5. A cet effet, la tête est disposée sur le porte-tête 5 de manière à former entre elle et ce dernier un jeu 12 le long de l'orifice central 3 du corps 2. Ce déplacement radial peut aussi être assuré en utilisant une tête d'outil flottante d'un type quelconque connu en soi. La possibilité de ce déplacement radial simplifie sensiblement le réglage de l'outil. L'outil proposé fonctionne de la manière suivante. Le porte-tête 5 de l'outil est fixé, au moyen de sa queue ou de sa bride, sur le plateau, dans la broche, dans la contre-poupée ou dans le chariot porte-outil d'une machine-outil. A partir de la commande de la machine-outil, on imprime à l'ébauche et/ou à l'outil un mouvement de rotation autour de l'axe commun L-L, ainsi qu'un mouvement d'avance longitudinale (suivant la flèche). L'outil s'engage alors dans l'orifice à usiner 8 de l'ébauche, dans lequel la tête 1 est susceptible d'autocentrage grâce à la présence du jeu 12 dans l'orifice central 3, ou grâce au déplacement radial (flottement) de la tête 1 par rapport à l'axe L-L du porte-tête 5. Sous l'action de l'ébauche > la tête 1 tourne sur le tourillon 4, dont l'axe 0-0 est disposé sous un angle aigu par rapport à l'axe L-L du porte-tête 5. Lors de cette rotation, les parties des éléments de déformation de la tête 1, qui entrent en contact, à chaque moment, avec la paroi de l'orifice à usiner 8 de l'ébauche, se remplacent continuellement dans les limites de la surface sphérique imaginaire correspondant à la bande ABCD (figure 2), grâce à leur mouvement oscillatoire par rapport à la surface de l'orifice 8 suivant un angle égal à 2d. Ainsi, dans la position représentée sur la figure 2, les parties actives des éléments de déformation de la tête 1 sont les parties de longueur 2 1 adjacentes aux points B et C. Quand la tête 1 aura tournée de 180 autour de l'axe 0-0 ce sont les parties adjacentes aux points A et D qui seront en action et ainsi de suite. Ainsi, en comparaisondes outils de type similaire de l'art antérieur, l'usure des éléments de déformation de l'outil est diminuée d'au moins autant de fois qu'il y a de parties actives de longueur 4 1 dans l'arc AB ou CD de chaque élément de déformation, dans les limites de la bande "sphérique" ABCD de la tête 1. te remplacement mutuel continu des parties actives des éléments de déformation de l'outil conduit également à une baisse notable de la température dans la zone d'usinage, grâce à la courte durée de leur contact avec la paroi de l'orifice à usiner 8 de l'ébauche et à leur refroidissement subséquent pendant un temps- prolongé. Tous ces avantages contribuent à augmenter le rendement, la précision et la qualité de l'usinage. La présence des saillies conformes à l'invention assure la concentration des tensions de déformation dans la zone de-leur contact avec la surface a usiner, ce qui permet de diminuer sensiblement l'effort d'usinage et la puissance nécessaire pour l'usinage. En outre, la présence des creux entre lesdites saillies assure un écoulement libre du matériau de l'ébauche pendant sa déformation par les saillies. L'écoulement libre du matériau améliore les conditions de la déformation plastique et, par conséquent, permet d'élever la qualité et la précision de l'usinage. Le choix de l'angle d'inclinaison des saillies par rapport aux sections axiales de la tête permet d'usiner les orifices soit suivant-tout leur périmètre, soit suivant une partie de ce dernier, ce qui élargit les possibilités technologiques de l'outil. L'usure des éléments de déformation est encore plus réduite quand on utilise une tête 1 sous forme d'un jeu de disques 11 montés sur le porte-tête de manière à pouvoir tourner indépendamment l'un de l'autre. En tournant indépendamment l'un de l'autre sous l'action de l'ébauche, les disques fonctionnent en régime de vitesse minimale de glissement entre les éléments de déformation et l'orifice. Bien entendu, 1 invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Outil pour l'usinage d'orifices par déformation plastique, du type comprenant une tête portant des éléments de déformation et montée sur le tourillon d'un porte-tête > caractérisé en ce que ladite tête est montée sur le tourillon du porte-tête de manière à pouvoir tourner autour d'un axe incliné par rapport à l'axe du porte-tête, et que les surfaces actives des éléments de déformation portés par ladite tête sont disposées suivant une sphère imaginaire. 2. Outil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de déformation sont exécutés sous forme de saillies sur la surface de la tête. 3. Outil conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les saillies sont disposées sous un angle par rapport aux sections axiales de la tête. 4. Outil conforme à l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que les saillies sont disposées suivant des sections planes de la tête. 5. Outil conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que les saillies sont disposées suivant au moins une ligne hélicoïdale. 6. Outil conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de déformation sous forme de saillies sont liés à la tête rigidement. 7. Outil conforme à l'une des revendications 1 à 5; caractérisé en ce que les éléments de déformation sous forme de saillies sont reliés à la tête élastiquement. 8. Outil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de déformation utilisé sur la tête de l'outil est une surface sous forme d'une bande lisse de forme sphérique imaginaire. 9. Outil conforme à l'une des revendications 1, 2, 4, 6 et 7, caractérisé en ce que la tête est constituée par un jeu de disques montés sur le porte-tête de manière qu'ils puissent tourner indépendamment l'un de l'autre. 10. Outil conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête est montée sur le porte-tête de manière qu'elle puisse se déplacer radialement par rapport à l'axe du porte-tête.