Brevet FR2474923A1 — publié le 19810807

La présente invention se rapporte à une meule ex- trêmement mince revêtue de grains abrasifs extrêmement durs tels que des grains de diamant ou des grains de nitrure de bore cristallisé dans le système cubique et elle concerne également un procédé de fabrication de cette meule. Jusqu'à présent, le meulage des surfaces planes de pièces dures et fragiles 1 telles que les pièces de si- licium et de verre s'effectuait au moyen d'une meule annu- laire 2 fixée à l'extrémité ouverte d'une cloche rotative 3 inversée comme représenté sur la figure 1. L'utilisation d'une telle meule 2 classique pose de nombreux problèmes. La face latérale et la face inférieure de la meule, qui se croisent à angle droit, procurent une grande surface de contact avec la pièce 1, ce qui a pour effet de provoquer le dégagement d'une grande quantité de chaleur par frotte- ment, qui peut altérer la précision dimensionnelle de la pièce par suite de la dilatation thermique. En outre, les pores de la meule risquent de s'encrasser de copeaux, ce qui se traduit par un dépolissage, des marques de brûlures et des fissures de meulage. En outre, le bord coupant de la meule 2 s'émousse au cours du meulage, ce qui a pour effet que la meule s'échappe de la pièce. Toutes ces con- ditions font qu'il est difficile de mouler la pièce en une seule passe et qu'il devient nécessaire de répéter plusieurs fois le meulage pour meuler la pièce à l'épais- seur désirée. Ceci représente un grave défaut d'efficacité. Dans un autre type de meule classique, la face inférieure présente une forme convergente vers l'intérieur comme on l'a représentée sur la figure 2. Cette meule présente encore une grande surface de contact et perd facilement la finesse de son arête, ce qui nécessite un retaillage de la forme conique. Un but de l'invention est de réaliser un outil à meuler capable de meuler une plaque plane dure et fragile pour l'amener à une épaisseur spécifiée avec un état de surface polie. Un autre but de l'invention est de fournir un pro- cédé pour fabriquer un outil à meuler tel que ci-dessus. Suivant ce procédé, pour fabriquer la meule, on fixe à l'extrémité ouverte d'une cloche une meule formée par élec- trodéposition d'une matière cristalline de très haute dure- té telle que des grains abrasifs de diamant ou de nitrure de bore cristallisé dans le système cubique, en dispersion dans une solution de nickelage. Suivant un autre procédé de fabrication, la meule est formée directement sur l'ex- trémité ouverte de la cloche par dépôt électrolytique. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, - la figure 1 est une vue en coupe avec arrache- ment partiel d'un outil à meuler classique; - la figure 2 est une vue en coupe d'un autre outil à meuler classique; - la figure 3 est une vue en coupe du dispositif de dépôt électrolytique utilisé pour la fabrication de l'outil à meuler suivant l'invention; - la figure 4 est une vue en coupe montrant comment la meule est fixée à l'extrémité ouverte de la cloche; la figure 5 est une vue en coupe montrant un autre mode de fixation de la meule à l'extrémité ouverte de la cloche - la figure 6 est une vue en coupe d'un outil à meuler suivant l'invention dans laquelle plusieurs meules sont superposées; - les figures 7 et 8 sont des vues en coupe de l'outil suivant l'invention, dans lesquelles la meule est formée par dépôt électrolytique directement sur la colle- rette formée à l'extrémité ouverte de la meule; - les figures 9 et 10 sont des vues en coupe d'au- tres outils suivant l'invention; - la figure 11 est une vue en coupe du dispositif de dépôt électrolytique utilisé pour la fabrication de l'outil suivant l'invention; - la figure 12 est une vue partielle en coupe montrant les grains d'abrasif déposés sur l'extrémité ou- verte de la cloche; - la figure 13 est une vue partielle en coupe qui montre l'outil à meuler suivant l'invention pendant le meulage d'une pièce; - la figure 14 est une vue partielle en coupe qui montre un autre outil suivant l'invention en cours de meu- lage de la pièce. Suivant le premier exemple de réalisation de l'in- vention, l'outil à meuler 5 est fabriqué en fixant une meule mince 4 à une cloche 3, ces deux éléments étant fa- briqués séparément. On décrira tout d'abord le procédé de fabrication de la meule mince 4. La meule est fabriquée par dépôt électrolytique classique en utilisant un appareil tel que celui représen- té sur la figure 3, dans lequel la cuve d'électrolyse 6, qui est faite de chlorure de polyvinyle, contient une so- lution de nickelage 7 dans laquelle sont dispersés des grains abrasifs 8 d'une matière cristalline de très haute dureté telle que du diamant ou du nitrure de bore cristal- lisé dans le système cubique. Dans la solution d'électro- lyse 7 sont immergées des anodes de nickel 9 qui sont con- nectées à une borne positive par un fil de connexion 10. Les anodes de nickel 9 sont enfermées dans un sac de fi- bres synthétiques de forte épaisseur, qui sert à éviter que des impuretés et de fines particules ne tombent ou ne s'incorporent à la solution de nickelage 7. Dans l'espace compris entre les anodes de nickel 9 est disposé un corps isolant cylindrique 11 ayant un fond et formé de chlorure de polyvinyle ou d'un métal revêtu d'une pellicule iso- lante spéciale. La cathode 12 du moule sur laquelle doit être reproduite la forme de la meule 4, est fixée de façon amovible au corps isolant 9. Cette cathode 12 est réalisée en rodant entièrement avec-les grains d'abrasif nO 600 à 1000 un alliage spécial exempt de contraintes internes et qui permet de décoller facilement le dépôt électrolytique. Pour faciliter le décollement, on peut appliquer un agent anti-adhésif. La cathode 12 est connectée à une borne né- gative par un fil 13 entièrement isolé. En utilisant cet appareil, on fabrique la meule suivant l'invention par le procédé suivant. (1) On effectue les ajustements suivants, en fonc tion de la nature de la meule 4 à former. Composition de la solution d'électrolyse: Sulfate de nickel (NiSO4.6H20) 22 à 370 g/l Chlorure de nickel (NiCl2.6H20) 30 à 60 g/l Acide borique (H3B03) 30 à 60 g/l Agent de brillantage 5 à 10 ml/l Température de la solution d'électrolyse 30 à 700C pH de la solution d'électrolyse 3 à 5 Quantité de grains abrasifs 5 à 40 g par litre de la solution d'é- lectrolyse Grosseur des grains d'abrasif NO 400-40 Nature des grains abrasifs diamant artificiel, diamant naturel ou nitrure de bore cris- tallisé dans le sys- tème cubique. (2) On dégraisse et nettoie la surface de la ca- thode 12 et on rince à l'eau distillée. Après avoir déposé un agent antiadhésif, on ajuste étroitement et on fixe la cathode 12 à l'intérieur du corps isolant 11. (3) On agite la solution d'électrolyse 7 pour dis- perser entièrement les grains abrasifs 8. (4) On plonge dans la solution d'électrolyse 7 le corps isolant 11 avec la cathode 12 traitée montée dans ce corps. (5) On connecte le.fil de connexion 13 de la ca- thode 12 à la borne d'un redresseur et on augmente le pourant progressivement jusqu'à une intensité prescrite. (6) On fait monter et descendre le corps isolant 11 des intervalles de temps appropriés (par exemple 5 à _ mn), suivant la grosseur des grains abrasifs, de sorte que les grains abrasifs 8 qui se sont déposés sur la ca- thode 12 se détachent et qu'en même temps, la solution d'électrolyse 7 est agitée et que les grains d'abrasif 8 se dispersent. (7) On répète la phase 6 pendant un temps prescrit, fonction de l'épaisseur de la meule 4 à fabriquer. (8) On interrompt la source d'énergie alimentant le redresseur. On retire la cathode 12. Après l'avoir la- vée à l'eau et séchée, on observe la surface de la meule 4 au microscope. Les saillies éventuelles, qui sont dues à la présence de matières étrangères doivent être entière- ment éliminées par rodage au moyen d'une meule à grains nO 600 - n0 800. (9) On démoule la meule 4 en la décollant de la ca- thode 12. La meule 4 ainsi produite a une forme cylindrique terminée par une partie conique évasée qui forme elle-même la partie active 14. La partie active 14 présente une épais- seur de 0,1 à 0,5 mm et une largeur d'environ 5 mm et sa face inférieure 15 est inclinée de 100 à 450 sur la face à meuler 16, c'est-à-dire que l'angle 9 compris entre la partie de montage verticale 17 et la partie active 14 est de 100 à 135 , de sorte que la face inférieure 15 n'entre pas en contact avec la surface à meuler 16 de la pièce 1. De cette façon, le bord coupant 18 entre en contact avec la surface à meuler 16 de la pièce 1 par une surface limi- tée au minimum. La cloche 3 est préalablement moulée avec une forme telle que la partie de montage 17 de la meule 4 entre en contact étroit avec la surface interne de cette cloche 3 et que la partie active 14 de la meule 4 fasse saillie à l'extérieur. Pour fabriquer l'outil à meuler 5, on fixe solide- ment la meule 4 produite par le procédé décrit plus haut à la cloche 3 en collant la partie de montage 17 de la meule 4 à la face interne de la cloche 3 à l'aide d'un adhésif 19, ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 4. L'adhésif 19 peut être une colle époxy ou une soudure tendre à basse température capable de fixer les métaux. L'outil 5 ainsi réalisé exécute un meulage basé sur le principe de la coupe. On fait tourner la meule 4 à grande vitesse solidairement avec la cloche 3 et on im- prime un mouvement à l'outil 5 ou à la pièce 1. On règle les positions relatives de l'arête coupante 18 de la meule 4 de manière que l'épaisseur t1 de la partie meulée soit de 0,3 à 0,8 mm, c'est-à-dire égale à plusieurs fois l'é- paisseur t2 de la meule 4. On commence le meulage en pla- cant le bord coupant 18 en contact avec la face latérale ou la tranche de la pièce 1, puis on déplace l'outil 5 ou la pièce 1 à une vitesse prédéterminée. Il convient de remarquer que le meulage s'effectue de telle manière que seul le bord coupant 18 de l'outil 5 soit en contact avec la surface à meuler 16 et que la partie de la pièce 1 qui est attaquée par dessous et qui se trouve au-dessus du ni- veau de la surface à meuler 16 se brise d'elle-même en rai- son de sa fragilité. En d'autres termes, la partie de la pièce située audessus du niveau de la surface à meuler 16 n'est pas réellement meulée mais se brise d'elle-même et la surface à meuler 16 est meulée proprement par l'outil 5. De cette façon, l'opération de meulage produit des copeaux grossiers et une petite quantité de-poudre fine. La figure 6 montre un autre mode de mise en oeuvre du procédé qui permet de meuler une pièce 1 à une plus grande profondeur en une seule passe. Dans cette forme de réalisation, l'outil 5 comprend trois meules 41 2 et 43 qui présentent des diamètres légèrement différents. La partie de montage 17 de la meule 41 qui a le plus grand diamètre est fixée à la partie étagée 20 à l'intérieur de la cloche 3. La meule 42 de diamètre moyen est fixée à la face interne de la partie de montage 17 avec interposition d'une entretoise 21. Finalement, la meule 43 de plus petit diamètre est fixée de la même façon avec interposition de l'entretoise 21. De cette façon, la partie active 14 est divisée en trois couches et les bords coupants 181, 182 et 183 qui ont des diamètres différents sont espacés d'inter- valles. Avec la construction mentionnée plus haut, on peut meuler la pièce 1 jusqu'à une plus grande profondeur en une seule passe parce que les parties qui sont attaquées par dessous par les bords coupants 181, 182 et 183 des moules 41' 42 et 43 respectivement se brisent ainsi qu'on l'a mentionné plus haut. La figure 5 montre un autre mode de mise en oeuvre de l'invention dans lequel l'outil 5 est formé par fixa- - tion de la meule 4 sans adhésif à la cloche 3, au moyen d'un élément de pression séparé 22. L'élément de pression 22 est un anneau qui présente un diamètre extérieur égal au diamètre intérieur de la meule 4 et porte une saillie active 23 sur son bord périphérique. L'élément de pression 22 présente une face interne conique munie de fentes (non représentées) qui permettent à cet élément 22 de se dilater. L'élément de serrage 24 est mis en contact avec la surface conique de l'élément de pression 22. L'élément de serrage 24 est percé de plusieurs trous traversants filetés 25 dans lesquels sont vissées des vis 26. Les vis 26 sont enfilées à travers des rondel- les 28, en partant de trous 27 ménagés dans la face supé- rieure de la cloche 3. La face interne de l'élément de ser- rage 34 est en contact avec une cloison périphérique inter- ne 29 qui fait saillie de la face inférieure de la cloche 3 vers le bas. Dans la construction décrite ci-dessus, pour réali- ser l'outil 5, on fixe la meule 4 à la cloche 3 de la façon suivante: on met la meule 4 en place dans la cloche 3, on met en place l'élément de pression 22, puis l'élément de serrage 24. On visse les vis 26 dans les trous filetés 25, à travers les rondelles 28, en partant du trou 27 de passa- ge de la vis. On serre les vis 26 pour faire monter l'élé- ment de serrage 24, ce qui provoque la dilatation de l'élé- ment de pression 22. La partie de montage 17 de la meule 4 24749t3 est alors solidement tenue entre l'élément de pression 22 et la cloche 3. Cette construction permet de remplacer la meule 4 lorsqu'elle est usée. Les figures 7 et 8 montrent un autre mode de mise en oeuvre de l'invention dans lequel la meule 4 est formée directement sur le support de métal 30 qui est utilisé comme partie de montage 17. Sur la figure 7, le support de métal 30 forme la partie de montage épaisse 17 et la par- tie travaillante 14 est constituée par la meule 4 formée elle-même sur la partie amincie du support de métal 30. Le support de métal 30 est de préférence un métal tendre qui fixe les dépôts électrolytiques et qui n'exerce pas d'effet défavorable sur le meulage. Les figures 9 et 10 montrent encore un autre mode de mise en oeuvre de l'invention dans lequel la meule 4 a une forme différente. La meule 4 représentée sur la figure 9 a un diamètre qui croit progressivement du haut vers le bas. La meule 4 représentée sur la figure 10 comporte des fentes 31 réparties à intervalles réguliers et à travers lesquelles l'eau de refroidissement injectée à l'intérieur de la meule est éjectée avec les copeaux. L'eau de refroi- dissement injectée depuis l'intérieur de la meule 4 est éjectée sur la surface à meuler 16 à travers les fentes-31, comme on l'a représenté sur la figure 14, de telle sorte que les copeaux sont éliminés et que la pièce 1 et la meule 4 sont refroidies. Plus les fentes 31 sont étroites, plus elles sont efficaces. Toutefois, la profondeur, la largeur et le nombre des fentes doivent être déterminés en fonc- tion du but recherché pour présenter la résistance méca- nique nécessaire pour la meule. Dans le deuxième mode de mise en oeuvre de l'inven- tion, la meule 4 est formée directement par électrolyse sur la collerette formée à l'extrémité ouverte de la clo- che 3, comme on l'a représenté sur la figure 11. Dans ce cas, la cuve d'électrolyse 6 est faite de chlorure de poly- vinyle ou équivalent et remplie d'une solution d'électro- lyse 7 contenant des grains abrasifs 8 comme on l'a indiqué 247492t sur la figure 3. On plonge dans la solution d'électrolyse 7 des anodes de nickel 9 qui sont connectées à la borne (+) par le fil de connexion 10. Les anodes de nickel 9 sont enfermées dans un sac épais en fibres synthétiques pour empêcher les impuretés et particules de tomber et de s'incorporer à la solution d'électrolyse 7. Dans l'espace compris entre les anodes de nickel 9, est placée la cloche 3 sur laquelle la meule 4 est formée directement. La clo- che présente une extrémité ouverte évasée qui s'étend obli- quement vers l'extérieur en formant un certain angle et sur laquelle est formée la partie 32 qui reçoit la meule formée par dépôt électrolytique. La largeur et l'angle d'inclinaison de la partie 32 sont calculées en fonction de l'utilisation de la meule. On enduit entièrement l'élé- ment d'une matière isolante 11, sauf sur la partie 32, de sorte que la cloche 3 n'entre pas en contact avec la solu- tion d'électrolyse 7. On connecte la cloche 3 au fil de connexion 13 entièrement isolé qui est par ailleurs connec- té à la borne (-). Le dépôt électrolytique sur la partie 32 de la meule 4 s'effectue pratiquement par le même pro- cédé que celui qui a été décrit en regard de la figure 3. Lorsque la meule 4 a été fermée sur la partie 32, comme on l'a représenté sur la figure 12, on enlève l'ex- trémité de la partie 32, comme indiqué sur la figure 13, de sorte que la meule 4 entre seule en contact avec la pièce 2 à meuler lorsque l'outil 5 est en action. Dans les modes de mise en oeuvre décrits plus haut, la meule 4 est formée sur la surface supérieure de la par- tie 32, mais cette meule 4 peut également être formée sur la surface inférieure de cette partie 32. La figure 14 illustre un autre mode de mise en oeuvre de l'invention dans lequel la meule 4 présente à intervalles des fentes 31 qui servent de passage pour l'eau de refroidissement et les copeaux. Le processus de dépôt électrolytique est exécuté de la même façon que dans les modes de réalisation décrits plus haut et le fonctionnement est le même que celui décrit en regard de la figure 10. REVEND ICATIONS 1. Outil à meuler les plaques planes qui comprend une cloche rotative (3) et une meule (4) fixée à l'extré- mité ouverte de cette cloche, cet outil étant caractérisé en ce que la meule (4) est aussi mince que possible et en ce qu'elle s'évase obliquement vers l'extérieur à partir de l'extrémité ouverte de la cloche. 2. Outil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs meules (41 42 43) sont disposées l'une au-dessus de l'autre, à certains intervalles, pour former des arêtes travaillantes (181, 182, 183). 3. Outil suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que la meule (4) comporte des fentes (31) pour le passage de l'eau de refroidisse- ment. 4. Outil suivant l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la meule (4) est obtenue en incorporant des grains abrasifs de très haute dureté (en une matière cristalline très dure, tels que des grains de diamant et des grains de nitrure de bore cristallisé dans le système cubique) dans un corps mince- formé par dépôt électrolytique. 5. Procédé de fabrication d'un outil de meulage caractérisé en ce qu'on prépare une meule cylindrique mince par dépôt électrolytique, en utilisant une solution de nickelage dans laquelle sont dispersés des grains d'a- brasif de très haute dureté, et on fixe la meule (4) obte- nue à l'extrémité ouverte d'une cloche (3) rotative de telle manière que le bord travaillant de la meule fasse saillie sur l'extrémité ouverte de cette cloche. 6. Procédé de fabrication d'une meule suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'on fixe la partie de montage (17) de la meule (4) à la face interne de la clo- che (3) au moyen d'un adhésif. 7. Procédé de fabrication d'une meule suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'on fixe la meule (4) à la face interne de la cloche (3) au moyen d'un élément de pression (22) qui est distinct de la cloche. 8. Procédé de fabrication d'un outil à meuler suivant l'une quelconque des revendications 5, 6 et 7, caractérisé en ce qu'on forme le bord travaillant (14) et la partie de montage (17) de la meule par dépôt électroly- tique. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 5, 6 et 7, pour fabriquer une meule telle que définie suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, ca- ractérisé en ce qu'on forme la meule sur un support en mé- tal par dépôt électrolytique. 10. Procédé de fabrication d'une meule suivant l'u- ne quelconque des revendications 5, 6, 7, 8 et 9, caracté- risé en ce que les grains abrasifs sont des grains d'une matière cristalline de très haute dureté telles que le dia- mant et le nitrure de bore cristallisé dans le système cubique. 11. Procédé de fabrication d'un outil à meuler ca- ractérisé en ce qu'on plonge une cloche métallique (3) qui présente à son extrémité une saillie en forme de collerette dans une solution d'électrolyse (7) qui contient des grains de diamant (8), on forme une meule (4) directement sur la saillie (32) en forme de collerette par dépôt électrolyti- que de la solution contenant des grains de diamant et on enlève le bord circulaire de ladite saillie (32), cette saillie ayant avant son immersion dans la solution d'élec- trolyse (7) une partie découverte sur laquelle se déposent les grains de diamant. 12. Procédé de fabrication d'un outil à meuler sui- vant la revendication 11, caractérisé en ce que la saillie (32) en forme de collerette sur laquelle on forme la meule (4) fait saillie obliquement vers l'extérieur sur l'extré- mité de la cloche avec une forme conique.