Brevet FR2471254A1 — publié le 19810619

La présente invention concerne un dispositif d'usinage de surfaces intérieures coniques de pièces métalliques, qui comportent une cavité de forme très allongée et qui est déli- mitée par une surface cylindrique qui est obturée par une surface conique coaxiale, dispositif o on utilise pour l'usi- nage une électrode qui est reliée à.un pôle d'une source d'im- pulsions d'électro-érosion et qui comporte une électrode se terminant par une partie conique active isolée par rapport à l'électrode et pourvue d'une partie de guidage qui est enga- géedans un guide formé par la surface cylindrique de la cavité de la pièce, en étant relié au second pôle d'une source d'impul- sions d'électro-érosion, 1 'électrode étant reliée à des moyens servant à produire son mouvement de rotation, et simultanément également à des moyens assurant son avance rapide et/ou sa micro-avance. L'usinage précis de surfaces intérieures coniques de pièces métalliques, qui comportent une cavité à fort degré d'allongement, par exemple la rectification de sièges de soupapes de nombreux injecteurs de carburant de moteurs Diesel, offre de grosses difficultés. On connaît des procédés pour l'usinage précis de surfa- ces intérieures coniques de pièces de ce type,nais ils présen- tent cependant des inconvénients importants. Ainsi, on connaît par exemple un procédé opérant par abrasion. Dans ce procédé, on utilise un petit disque de meulage qui est entraîné en rotation à grande vitesse, de 1' ordre de grandeur de 70.000 tours/minute. La partie active du disque de meulage est conique, le disque est en contact avec la surface conique rectifiée et il exécute, en dehors du mouvement de rotation précité, un mouvement rectilgine d'aller-retour le long d'une génératrice de la surface conique rectifiée. Ce procédé de meulage nécessite un mécanisme pour produire de grandes vitesses de rotation, ce qui pose des problèmes particuliers du fait de la précision de meulage imposée. Il faut utiliser des disques de meulage précis et de haute qualité, et on rencontre un certain risque-du point de vue de la protection de l'opérateur. La manipulation et l'entretien sont très difficiles - notamment en ce qui concer- ne le réglage - et les broches tournant à grande vitesse ont de courtes durées de service. A ces facteurs défavorables s'ajoute un autre inconvénient, qui consiste en ce que le procédé précité n'est pratiquement pas applicable à- un meulage précis de surfaces intérieures coniques présentant un coefficient d'allongement supérieur à 1/8. Dans ces conditions, le procédé précité n'est pas utilisable car, lorsqu'on fait intervenir une broche relativement longue, il se pose non seulement le problème de son positionnement et de son entrai- nement à grande vitesse mais il se produit également des déformations indésirables de la broche et par conséquent une altération de la géométrie nécessaire de la surface conique. Un autre procédé connu utilise le principe de l'érosion électrique,o l'usinage de surface conique est réalisé à l'aide d'une électrode se présentant sous forme d'un fil, la pièce étant entraînée en rotation et l'électrode exécutant un mouve- meht alternatif le long d'une ligne périphérique de la surface conique. Un inconvénient de ce procédé consiste en ce que, dans le cas d'un fort degré d'allongement de 1/6, il n'est pratiquement plus possible d'opérer, cela à cause d'un manque de place et surtout à cause des déformations élastiques et permanentes de l'électrode; en outre, on rencontre des difficultés lors du réglage, et il faut prévoir des impératifs extraordinairement sévères en ce qui concerne la conduite de l'opération, etc...Il en résulte finalement une altération de la géométrie nécessaire de la surface usinée. On connait également un dispositif pour rectifier des surfaces intérieures coniques de pièces métalliques comportant une cavité à fort degré d'allongement, qui est délimitée par une surface cylindrique coaxiale se terminant par une surface conique; dans-ce procédé, on utilise une électrode qui est reliée à une source d'impulsions d'électro- érosion et o l'électrode, dont-le noyau se termine par une partie active conique, comporte une partie conductrice qui est isolée par rapport à la pièce, l'électrode étant engagée dans un guide- électrode constitué par une surface cylindrique de la cavité de la pièce, en étant fixé à l'aide d'une partie métallique 2 247 1254 électriquement conductrice sur un corps d'entraînement, par lequel le noyau d'électrode est relié -à un pôle d'une source d'impulsions. d'électro-éro'sion, alors que la pièce est reliée au second pôle de cette source, un mécanisme d'entrainement en rotation de l'électrode et un dispositif de génération de sa micro-avance étant disposés sur un pontet pouvant être relié verticalement à un appareil assurant l'avance rapide. Il s'est avéré que cet agencement, bien qu'il repré- sente un progrès important pour l'usinage de surfaces coniques de pièces métalliques, est relativement compliqué, en ce qui, concerne la génération de l'avance rapide et de la micro- avance et, en outre, il ne permet-aucun arrêt instantané dans des cas o, par suite d'impuretés électriquement non- conductrices se trouvant entre l'électrode et la surface à usiner, il ne s'établit aucun contact électrique de l'élec- trode avec ladite surface. Il s'est avéré-également qu-'il était souhaitable d'améliorer le système de rinçage qui a pour but d'enlever les produits.de brûlage. J L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de 'fournir un dispositif comportant un système simple,' mais cependant parfaitement correct, pour produire l'avance rapide et la micro-avance, avec la possibilité d'arrêter lorsque, par suite de la présence d'impuretés entre l'électrode et la surface à usiner, le mode de fonctionnement correct de l'électrode n'est pas garanti et, également; avec la possibilité d'améliorer le système de rinçage. Dans un dispositif selon l'invention, un support porte un vérin hydraulique- de travail et en outre un vérin hydrauli- que pour l'avancerapide et un vérin hydraulique pour la micro- avance, lesdits vérins étant tous reliés entre eux, il est prévu, dans le vérin de travail un piston d'appui contre lequel s'applique une électrode et, dans le vérin d'avance rapide, un piston contre lequel s'appuie un écrou mobile sur une vis pour assurer l'avance rapide et dans le vérin de micro-avance un second piston contre lequel s'appuie un second écrou mobile sur une vis, de génération de la micro-avance, et il est prévu dans le vérin d'avance rapide et dans le vérin de micro-avance des ressorts de compression et, dans le vérin de travail, un ressort de traction. Du point de vue de la sécurité contre une surcharge et de l'évacuation par rinçage des déchets de l'érosion électrique, il est avantageux d'adopter un agencement o - alors qu'il est prévu sur le vérin d'avance rapide, du côté opposé au piston, un piston de sécurité, en regard duquel se trouve un contacteur de coupure - on prévoit sur le vérin de micro- avance, du côté opposé au piston d'actionnement, un piston de rinçage en- regard duquel se trouve un contacteur de coupure.. Pour obtenir un bon mode de fonctionnement du dispo- sitif, il est également avantageux que la chambre du vérin d'avance rapide soit reliée, dans la position de repos du piston, avec un réservoir de stockage. Selon l'invention, on peut réaliser une économie en cuivre en constituant l'électrode par une tige d'acier dans laquelle est engagée une partie d'électro-érosion qui est cuivrée et-qui a un profil conique. D'autres avantages et caractéristiques dé l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui est une vue en coupe. longitudinale partielle du dispositif selon l'invention. Sur un support 1, monté sur le bâti de machine, non visible, est fixé, par exemple par emmanchement, un vérin hydraulique de travail 2 et il est prévu, *des deux côtés de celui-ci, un vérin hydraulique 3 d'avance rapide et un vérin hydraulique 4 de micro-avance qui sont également emmanchés dans le support 1. Le vérin 3 d'avance rapide est obturé à son extrémité de gauche sur la figure par un piston de sécurité 30 en regard duquel est placé le contacteur de coupure 51 d'un dispositif de commande programmable 5-. Dans le vérin 3 d'avance rapide, il est prévu un ressort de compression 31 qui est comprimé par.le piston 32 contre lequel s'appuie un écrou 33 monté sur une vis 34 et empêché de tourner. La vis.34 est reliée, à l'aide d'un accouplement.35, à un mécanisme de transmission 36 et à un moteur électrique 37 d'avance rapide, qui est commandé par le dispositif de commande 5 précité. Le volume intérieur du vérin d'avance rapide 3 est relié, dans la position limite, de droite du piston 32, à un réservoir de stockage 38. Le vérin de micro-avance 4-est obturé,à son extrémité de gauche, par un piston de rinçage 40, en regard duquel est placée une tige 41 qui s'appuie contre une came 410 montée sur l'arbre d'un moteur électrique 411, qui est commandé par le dispositif programmable 5. La position limite de gauche de la tige 41 est définie par un levier 412 qui vient s'appliquer contre une butée 413. Dans le vérin de micro-avance 4, il est prévu un ressort de compression 42 contre lequel s'appuie le second piston 43, lui-même en contact avec un second écrou 44, qui est disposé sur une vis 45 assurant l'entraînement du mécanis- me de micro-avance, qui-est constitué par une transmission 46 et un moteur électrique 47. La vis 45 est reliée à l'arbre de sortie de la transmission 46 par l'intermédiaire d'un accouplement 48. Le second écrou 44 est également empêché de tourner, de sorte qu'il ne peut exécuter qu'un mouvement axial. Un arbre 49 sort de la transmission 46 et est relié à un élément limiteur 491 sans contact, qui transmet une indica- tion sur le mouvement du second piston 43 avec une précision de 0,01 mm. Les volumes intérieurs du vérin 3 d'avance rapide, du vérin de microavance 4 et du vérin de travail 2 sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un canal 10. Dans le vérin de travail 2 peut coulisser un piston d'appui 20 qui est pourvu d'un trou dans lequel est logé un ressort de traction 21 qui tire le piston d'appui 20 vers la droite. Ce piston d'appui 2Q est pourvu,à son extrémité frontale, d'une butée 22 en métal dur. La pièce 6 à usiner - dans le cas considéré une buse d'injection pour moteur Diesel - est fixée à l'a-ide d'un écrou 70 sur un mandrin portepièce 7. Celui-ci comporte un trou 71 servant à introduire du liquide dans la cavité 60 de la pièce 6, qui comporte un orifice concentrique 61 ser- vant à la décharge dudit liquide.. Une électrode 8, qui est constituée par une tige d'acier, traverse le mandrin porte-pièce i sans entrer en contact avec lui et elle se termine par une partie active conique en cuivre dont la forme correspond au profil conique résultant qui doit être formé par usinage par électroétincelle entre l'orifice concentrique 61 et la cavité 60. La partie conductrice de-l'électrode 8, plus précisément une partie de la surface de la tige d'acier, est pourvue d'une-couche isolante 80 dont la surface cylindrique extérieure assure le guidage précis de l'électrode 8 dans une surface cylindri- que 62 de la pièce 6. Sur la tige d'acier de.l'électrode 8 est fixé un corps d'entraînement 9 à l'aide d'une vis de serrage 90. Celle-ci s'appuie contre le tourillon d'entraînement 91 d'un pignon 92, qui est en prise avec un pignon 93 monté sur l'arbre d'un moteur électrique 94 en vue de transmettre le mouvement de rotation à l'électrode 8. Le corps d'entraînement 9 est relié électriquement et mécaniquement au pignon 92, à l'aide d'un ressort 95. Celui-ci maintient l'électrode 8 contre la butée 22 et établit simultanément un contact électrique correct entre l'électrode 8 et le pignon 92, pourvu d'un embout cylindrique qui comporte une bague de cuivre 96 et contre laquelle s'applique un balai en graphite 97, qui est relié au pôle négatif d'une source d'impulsions d'électro-érosion 98. Le pôle positif de la source d'impulsions 98 est relié électri- quement au mandrin porte-pièce 7, et par conséquent également avec la pièce 6. La source d'impulsions d'électro-érosion 98 est commandée par le dispositif de commande programmable 5. Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne de la manière suivante: l'électrode 8 est engagée dans la pièce 6, qui est fixée à l'aide de l'écrou 70 sur le mandrin porte-pièce 7. Sur l'extrémité dépassante de l'électrode, on met en placeet on bloque le corps d'entraînement 9. On règle le programme d'usinage dans l'appareil de commande, c'est-à-dire les conditions à'électro-érosion, l'intensité du courant, la durée d'électro-érosion, la fréquence, la vitesse de l'avance rapide et de la micro-avance, etc... Après démarrage du dispositif,du liquide commence à s'écouler sous l'impulsion d'une pompe, mn représentée, par l'intermédiaire du trou 71, dans la cavité 60 de la pièce 6, l'électrode 8 est appliquée contre la butée 22 sous l'action du ressort 95. Ensuite, le mécanisme d'avance rapide est en- clenché-et, après que le piston 32 a coupé la communication avec le réservoir de stockage 38, le processus d'avance rapide de l'électrode 8 commence, c'est-à-dire qu'elle se rapproche rapidement de la surface à usiner de la pièce 6. Aussitôt que, par suite de ce mouvement, il s'établit un premier contact entre la.partie active conique en cuivre de l'électrode 8 avec la surface précitée, il se produit une inversion de courte durée du moteur électrique 37 d'avance rapide, l'électrode 8 est écartée de la surface précitée de la pièce 6 et, sous l'effet de cette interruption du contact- électrique, une impulsion est engendrée, d'une part, pour faire tourner l'électrode 8 à une vitesse sélectionnée par le moteur électrique 14 et, d'autre part, pour le démarrage du moteur électrique 47, c'est-à-dire pour l'enclenchement de la micro-avance de l'électrode 8 en fonction de paramètres présélectionnés. La palette 490 et le limiteur 491 provoquent à intervalles prédéterminés, par exemple après une érosion de l'électrode 8 sur environ 0,02 mm, un rinçage efficace, c'est-à-dire un enlèvement des produits d'érosion dans la pièce 6 du fait que, par un démarrage programmé de courte durée du moteur électrique 411 de la came 410 à l'aide de la broche 41, il est possible de faire déplacer le piston de rinçage 40 pendant une courte période vers la gauche et en retour, de sorte qu'il se produit un écartement brutal de l'électrode 8 par rapport à la surface usinée, ce qui permet au liquide d'évacuer les produits d'érosion précités avec une intensité accrue hors de la pièce 6. Après que le profil d'usinage-prédéterminé a été atteint, le dispositif décrit est automatiqOement arrêté, et les mécanismes de micro-avance et d'avance rapide reviennent en position initiale puis, après éjection de ia pièce usinée et blocage d'une pièce brute 6, le cycle décrit est répété. Au cas o, lors du démarrage ou également pendant l'usinage de la pièce 6, il ne s'établit pas de contact conducteur entre l'électrode et la surface à usiner, et lorsque le cas échéant, il ne se produit aucun rapprochement qui permettrait des décharges d'étincelle, le dispositif peut être mis en danger par une augmentation de la pression dans les vérins - hydrauliques 2, 3 et 4. - Pour éviter cet inconvénient, il se produit, lors du dépassement d'une valeur de pression réglée au préalable, une sortie du piston de sécurité 30 qui arrête instantanément le dispositif à l'aide du contacteur de coupure 51. On peut avantageusement effectuer un réglage de la pression à laquelle se produit un arret du dispositif par un agencement approprié du piston de sécurité, ce-problème pouvant être résolu à l'aide d'un élément de manoeuvre qui agit sur un ressort, non représenté. Bien entendu,-l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation. décrits ci-dessus, qui peuvent faire l'objet de nombreuses variantes. 2 4 7 12 5 4 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'usinage de surfaces intérieures coni- ques de cavités de pièces métalliques (6), ces cavités présen- tant un fort degré d'allongement et étant délimitées par une surface cylindrique coaxiale qui se termine par une surface conique, dispositif o on utilise pour l'usinage une électrode (8) qui est reliée à un pôled'une source d'impulsions de courant (98) et qui se termine par une partie conique active et est isolée par rapport à la pièce à usiner, ladite électro- de étant pourvue d'une partie de guidage qui est engagée dans un guide formé par la surface cylindrique de la cavité de la pièce, et étant reliée au second pôle de la source d'impulsions de courant, l'électrode étant en outre reliée à des moyens servant à produire son mouvement de rotation,et simultanément à des moyens assurant son avance rapide et/ou son avance lente, caractérisé en ce qu' un support porte un vérin hydraulique de travail (2) et en outre un vérin hydraulique d'avance rapide (3) et un vérin hydraulique de micro-avance (4), lesdits vérins étant tous reliés entre eux, en ce qu'il est prévu dans le vérin de travail (2) un piston d'appui (20) contre lequel s'applique l'électrode (8) et, dans le vérin d'avance rapide (3) un piston (32) contre lequel s'appuie un écrou (33) mobile sur une vis (3-4) pour assurer l'avance rapide, en ce qu'il est prévu dans le vérin de micro-avance (4) un second piston (43) contre lequel s'appuie un second écrou (44) mobile sur une vis (45) de génération de micro- avance, et en ce qu'il est prévu dans le vérin d'avance rapide (3) et dans le vérin de micro-avance (4) des ressorts de compression (31, 42) et, dans le vérin.de travail, un ressort de traction (21). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu dans le vérin d'avance rapide (3), du côté opposé au piston (32), un piston de sécurité (30) en regard duquel est placé un contacteur de coupure (51), en ce qu'il est prévu dans le vérin (4) de micro-avance, sur le côté opposé au piston (43), un piston de rinçage (40) contre lequel s'appuie une tige (41) qui est en contact avec une ' came (410) d'un moteur électrique (411). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que le volume du vérin d'avance rapide (3) est relié, dans la position de repos du piston (32),à un réser- voir de stockage (38). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode (8) est constituée par une tige d'acier dans laquelle est:3engagée une partie d'électro-érosion de forme conique et en cuivre.