Brevet FR2438505A1 — publié le 19800509

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour nettoyer des pièces mécaniques et autres en utilisant des vibrations ultrasoniques. L'invention est particulièrement bien adaptée pour nettoyer, à l'aide de vibrations ultrasoniques, des pièces produites en grandes séries telles que des vis, des écrous, des boulons et des éléments de fixation similaires, des roulements à billes, des pièces de machine, des pièces pour instruments, des montres et d'autres produits de précision. On a souvent besoin de nettoyer au bout de la chaine de fabrication les pièces produites afin d'enlever les graisses, les huiles, les saletés, les particules de carbone, la suie, les particules métalliques, les oxydes, etc. Au cours du cycle de fabrication, on a aussi parfois besoin de nettoyer certains composants, par exemple ceux qui au cours d'une étape ultérieure sont appelés à recevoir un revêtement électrolytique. On trouve actuellement sur le marché différents appareils pour nettoyer des pièces en utilisant des vibrations ultrasoniques, appareils dans lesquels les pièces sont immergées dans un liquide pendant le nettoyage. L'un de ces appareils utilise la force qui se développe à l'interface entre un liquide et un corps solide quand une énergie ultrasonique est appliquée au bain.Cette force résulte principalement de la très forte accélération des sons à la transition entre le liquide et le corps solide. Dans ces conditions, le corps solide est constitué non seulement par la pièce devant être nettoyée, mais aussi par les particules de toute sorte qui doivent être enlevées de cette pièce. Les graisses, les huiles et les substances analogues présentes à la surface des pièces produisent aussi ces forces d'accélération. Ces forces sont normalement plus fortes que celles qui fixent les particules sur les pièces devant être nettoyées. Dans de nombreux liquides les forces ultrasoniques développent également des phénomènes de cavitation en plus des forces d'accélération. Ces phénomènes de cavitation engendrent des bulles d'air ou de gaz à l'interface entre les corps solides et les liquides. Ces bulles sont exposées à de très fortes pressions, souvent 100 fois supérieures à la pression dynamique du champ ultrasonique. Cette cavitation joue aussi un rôle important dans le nettoyage des pièces mécaniques à cause de ses effets explosifs. Toutefois, la cavitation n'appariait que lors que le champ ultrasonique a une fréquence relativement basse. Elle est renforcée par les liquides qui ont la propriété de dissoudre les gaz. Le phénomène de cavitation a l'inconvénient d'attaquer la plupart des matières. Ce fait limite la durée du temps pendant lequel les-pièces susceptibles d'être attaquées peuvent être soumises au nettoyage. C'est là l'un des problèmes auquel l'invention se propose d'apporter une so- lution. Dans les appareils du commerce pour nettoyer des pièces mécaniques par ultrasons, ces pièces sont souvent placées dans des paniers qui sont secoués au moyen d'un champ ultrasonique. Un des inconvénients de ce procédé est que les pièces qui sont situées dans "l'ombre" d'autres pièces reçoivent sensiblement moins d'énergie ultrasonique que celles directement exposées à cette énergie. D'autres types d'appareils comportent un tambour perforé qui en tournant fait culbuter les pièces afin de mieux les exposer à l'action de l'énergie ultrasonique. Dans un troisième type d'appareil, les pièces tombent verticalement dans un bain en traversant un champ ultrasonique. Le point commun de tous ces appareils est que l'énergie ultrasonique atteint les particules à nettoyer à partir du liquide d'un bain.Or, les pertes d'énergie ultrasonique sont considérables au passage dans le bain, ce qui implique qu'elle doit être engendrée par des transducteurs relativement puissants en même temps que des périodes de traitement relativement longues sont nécessaires pour obtenir le degré de nettoyage voulu. Le but de la présente invention est de permettre un nettoyage plus efficace avec des niveaux d'énergie plus bas et des temps de traitement plus courts. Les moyens pour atteindre ces résultats sont caractérisés par le fait que les pièces à nettoyer sont amenées en contact mécanique avec la surface libre d'une ou de plusieurs plaques, disques, tubes, tuyaux ou objets similaires, logés l'une près de l'autre et que sur la face opposée libre est monté, au moins, un transducteur ultrasonique. Ceci est fait pendant que les pièces passent dans un bain. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation; donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, sur lequel La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un appareil de nettoyage conforme à l'invention La figure 2 est une coupe schématique agrandie suivant la ligne 2-2 de la figure 1 montrant un vibreur et une plaquevibrante qui font partie d'une gouttière le long de laquelle les pièces se déplacent pendant le nettoyage La figure 3 est une coupe schématique partielle et agrandie d'un mode de réalisation de l'invention dans lequel on utilise une plaque de protection pour la gouttière de la figure 2 La figure 4 est une vue schématique en coupe d'un mode de réalisation de l'invention, utilisant un convoyeur sans fin pour transporter les pièces pendant le nettoyage La figure 5 est une coupe schématique agrandie d'un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel un racloir est prévu pour transporter les pièces le long de la plaque vibrante ; et, La figure 6 est également une vue en coupe partielle agrandie d'un mode de réalisation dans lequel la plaque vibrante a la forme d'un tuyau dans lequel les pièces se déplacent. La figure 1 représente en coupe un appareil conforme à l'invention. Celui-ci comprend une série de transducteurs 10, engendrant des ultrasons, et montés sur la face inférieure d'une plaque 12. Cette plaque 12 peut avantageusement être le fond d'un canal ou d'une gouttière inclinée 11 le long de laquelle glissent les pièces 16 devant être nettoyées. Deux côtés verticaux 17 complètent la gouttière 11. Les pièces sont introduites dans la gouttière en A d'une manière appropriée quelconque et en B les pièces nettoyées sont recueillies pour être évacuées de manière classique. Les pièces 16 passent directement au-dessus des transducteurs ultrasoniques 10 et sont en contact mécanique avec eeux-ci pendant une courte période de temps par le fait que la plaque 12 est mue par les transducteurs 10 et forme l'organe de sortie de ces transducteurs, comme il est expliqué ci-après. Le temps pendant lequel les pièces sont en contact avec les transducteurs 10 peut être réglé en faisant varier l'inclinaison de la plaque 12. Sur la figure 1 sont illustrés, d'une manière très générale, et sous la forme d'un bloc diagramme, des moyens de réglage d'inclinaison 15 ; toutefois, de nombreux autres agencements appropriés à cette fin peuvent être utilisés. La partie de la gouttière 11 le long de laquelle les pièces se déplacent et sur laquelle les transducteurs ultrasoniques sont montés, est immergée dans un bain 13, généralement d'eau.Les transducteurs 10 sont étanches du fait qu'ils sont enfermés dans une coquille ou dans une enveloppe 14. La figure 2 représente schématiquement un transducteur ultrasonique 10 qui est fixé à la plaque 12 par son organe vibrant 18. Aux fins d'illustration seulement, le transducteur 10 a été représenté sous la forme d'un dispositif à magnétostriction comportant des bobines 19 et un noyau qui est l'organe vibrant 18. Toutefois, ce transducteur pourrait être soit un dispositif à magnétostriction, soit piézoélectrique. Les deux sont connus dans la technique. La plaque 12 constitue à la foia le fond de la gouttière 11 et l'organe qui imprime les vibrations ultrasoniques aux pièces 16 et au bain environnant. Un bon contact entre l'or- gane vibrant 18 du transducteur 10 et la plaque 12 se traduit par un transfert important d'énergie avec peu de pertes. La plaque 12 doit être en une tole relativement mince. C'est ainsi, par exemple, qu'avec une plaque d'un millimètre d'épaisseur, environ 85 % de l'énergie appliquée est disponible sur sa face supérieure. Par contre, lorsque la plaque a cinq millimètres d'épaisseur, seulement 20 % de l'énergie qui lui est appliquée la traverse. Une usure appréciable de la plaque peut être due à la fois au glissement des pièces 16 et à la cavitation. En conséquence, dans certains cas, on utilise une plaque supplémentaire facilement remplaçable 20 pour protéger le fond de la gouttière, comme représenté sur la figure 3. Toutefois, la présence de la plaque 20 augmente les pertes d'énergie ultrasonique. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la plaque de protection est constituée par un convoyeur métallique sans fin 21, comme indiqué schématiquement sur la figure 4. Dans un tel agencement, le convoyeur transporte les pièces de préférence horizontalement dans le bain. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, illustre par la figure , la ou les plaques peuvent être disposées horizontalement dans un bain et les pièces peuvent être transportées dans celui-ci au moyen d'un racloir 22. Bien que la plaque 12 qui applique les vibrations ultrasoniques aux pièces soit de préférence en métal, il est également possible d'utiliser des matières non-métalliques, par exemple des couches de matières plastiques. La plaque n'a pas besoin d'être plane mais peut être profilée suivant le besoin pour le traitement de certaines pIèces. 'est isi, par exemple, ue dans un mode de réalisation, la gouttière peut être n tole ondulée. Dans un autre mode de réalisation, la plaque est constituée par un tuyau 12', en matière plastique, par exemple, ce qui est illustré d'une manière tries générale par la figure o. Il convient J préciser que dans le présent mémoire descriptif, les termes "plaque" ou 'organe" entendent désigner, d'une manière très générale, une pièce qui peut être en métal ou en une matière non-métallique, ayant une surface à laquelle une énergie ultrasonique peut être appliquée et une autre surface qui peut transmettre cette énergie ultrasonique. Pour le nettoyage de certaines pièces métalliques, on a souvent besoin d'enlever une couche ou des paillettes d'oxyde, par exemple, au cours de la fabrication de vis, d'écrous et de boulons. Dans ce cas, il est préférable de combiner le nettoyage ultrasonique de l'invention avec un prétraitesent consistant en un décapage pendant une courte période de temps dans un bain d'acide approprié. En variante, le bain 13 dans lequel le nettoyage par ultrasons se déroule pourrait être un bain de décapage faiblement acide. A cause du contact mécanique entre le générateur et les pièces à nettoyer, par l'intermédiaire de la plaque 12 ou des plaques 12 et 20, on obtient u nettoyage beaucoup plus rapide et plus efficace qu'avec les équipements antérieurs dans lesquels l'énergie ultrasonique est di rectement appliquée aux pièces par l'interm liaire du bain. Le court temps de traitement et la tité relativement faible d'énergie néces- saire pour le générateur d'ultrasons pour réaliser un nettoyage efficace diminuent les risques d'endommager l'équipement et les pièces devant être nettoyées par des phénomènes de cavitation.De plus, le procédé de nettcyage ultrasonique de l'invention a l'avantage de permettre un net voyage extrêmement efficace avec une plus faible dépense d'énergie et vec un temps de traitement plus court. n fc'ctionnement, les pièces 16 peuvent, par exemple, tomber .'un entonnoir sur la plaque vibrante 12. Selon l'importance du nettoyage nécessaire, U;l sur port réglable peut être prévu afin de donner à la plaque 12 l'inclinaison qui convient pour que les pièces 16 glissent plus Ci moins lentement le long de la surface vibrante de la plaque. Quand elles arrivent au t de la plaque 12, les pi ces 16 peuvent, par exemple, tomber sur un convoyeur qui les transporte, par exernplû, à une glissoire. Elles quittent ainsi l'appareil et sont transférées à une station d'assemblage ou d'emballage, par exemple. En 4 binant les mouvements des pièces avec le nettoyage ultrasonique direct par la plaque vibrante 12, aucune programmation fastidieuse des pièces individuelles n'est nécessaire, chacune d'elles traversant le bain 13 dans le temps voulu. La flexibilité de l'invention est démontrée par les divers modes de réalisation décrits ci-dessus. L'application directe de l'éner- gie vIbratoire aux pièces par le fait qu'elles reposent sur la plaque 12 pendant leur mouvement renforce le nettoyage, abrège la durée de ce lul-ci, rduit la consommation d'énergie électrique nécessaire pcur actionner les transducteurs et a pour résultat un appareil de nettoyage très perfectionné. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux exemples de réalisation représentés et décrits, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1, Procédé de nettoyage d'objets et notamment des pièces mécaniques plongées dans un bain liquide dans lequel est appliquée une énergie provenant dlau moins un transducteur ultrasonique, caractérisé en ce qu'on fait passer les objets (16) dans le champ ultrasonique pendant qu'ils sont en contact mécanique avec le transducteur (10) qui engendre les vibrations ultrasoniques, ledit contact et le mouvement qui s'ensuit étant réalises par l'intermédiaire d'un élément (12) relativement mince. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le temps de passage des pièces est réglable. 3. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 ou 2 pour nettoyer des objets, en particulier, des pièces mécaniques, en leur appliquant dans un bain de l'énergie provenant d'au moins un transducteur ultrasonique, caractérisé en ce que le transducteur ultrasonique (10) est monté sur une surface d'un élément (12) dont la surface opposée est en contact mécanique avec ledit transducteur et assure le transport des objets (16) le long d'un trajet déterminé. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de transport (12) est incliné dans le bain (13) afin que les objets (16) glissent le long de celui-ci. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que des moyens (15) sont prévus pour régler l'inclinaison de l'élément de transport (12). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que 11 élément de transport (12) est constitué par le fond d'une gouttière 7. Appareil selon la --revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de transport (12) est disposé horizontalement dans le bain et en ce que des moyens sont prévus pour assurer le transport des objets le long de celui-ci. 8. Appareil selon 11 une quelconque des revendications 9 à 5, caractérisé en ce que l'élément de transport est un tuyau. 9. Appareil selon lXune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de transport est pourvu d'une protection remplaçable dont la face supérieure est la surface de support des pièces. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que l'un des brins d'une bande transporteuse sans fin circule le long de la surface de l'élément de transport tourne vers les objets.