Brevet FR2482500A1 — publié le 19811120

248M500 L'invention concerne de manière générale l'usinage élec- trique et, plus particulièrement, un procédé et un appareil nouveaux et utiles pour usiner une pièce conductrice de l'électricité au moyen d'une électrode conductrice, des ondes ultrasonores étant appliquées d'une manière nouvelle à la région de l'électrode afin d'obtenir une vitesse d'usi- nage augmentée. Les termes "usinage électrique" et les termes analogues sont utilisés ici pour se référer au type général de technique d'usinage dans lequel un courant électrique passe entre une électrode et une pièce constituant une contre-électrode,à travers un intervalle d'usinage rempli de liquide,pour agir sur la pièce en enlevant de celle-ci de la matière par électro- érosion, en apportant électriquement ou électrolytiquement de la matière sur la pièce à partir d'un électrolyte, ou en effectuant électriquement un traitement thermique de la sur- face de la pièce. Des procédés typiques d'usinage électrique comprennent l'usinage par décharges électriques, l'usinage électrochimique, l'usinage électrochimique à décharges,au moyen d'une électrode massive ou conformée, ou au moyen d'un fil continu ou électrode analogue, l'électro-déposition et le chauffage électrolytique (à décharges). Il a été souligné que l'émission d'ondes ultrasonores vers la région d'un intervalle d'usinage électrique formé entre une électrode et une pièce fournit généralement une amélioration de l'efficacité et de la performance d'un usina- ge. On connaît ainsi l'utilisation d'un ou de plusieurs émetteurs d'ondes immergés dans un agent liquide d'usinage et placés à une distance donnée de la région de l'intervalle d'usinage. Les ondes ultrasonores produites par chaque émet- teur se propagent au travers de l'agent liquide et peuvent pénétrer au travers de couches d'arrêt qui existent normale- ment à proximité de la surface de l'électrode, pour amener la région de cette dernière à un état hautement activé. Des phénomènes dynamiques sont ainsi produits dans le site de l'intervalle pour agiter ou mobiliser aléatoirement le liquide d'usinage, les ions et les produits d'usinage qu'il contient, pour faciliter l'enlèvement des détritus d'intervalle, et pour permettre un renouvellement continu de l'agent d'usinage dans le site de l'intervalle. Il a été montré que cela favorise un accroissement de la vitesse d'usinage et"une per- formance d'usinage améliorée. Dans les installations propo- sées précédemment, pour obtenir les avantages de l'émission ultrasonore, les ondes sont cependant émises à partir d'un seul lieu proche latéralement ou de deux, ou plus, endroits mutuellement distants, éloignés du site de l'intervalle. Il en résultat qu'une ou plusieurs larges régions de stagnation, non soumises à l'émission, existent toujours sur la surface de l'é- lectrode. Les contaminants d'intervalle ont alors tendance à s'accumuler dans ces régions o une condition d'arc ou de court-circuit a tendance à se développer, ce qui empêche d'atteindre les effets souhaitée. En conséquence, un but important de l'invention est de fournir un procédé d'usinage électrique amélioré mettant en oeuvre des ondes ultrasonores et dans lequel l'émission d'on- des ultrasonores est réalisée d'une manière optimale pour ob- tenir une vitesse d'usinage et une performance grandement aug- mentées. Un autre but important de l'invention est de fournir un appareil d'usinage électrique comprenant des moyens d'émission ultrasonores hautement efficaces, qui permet d'obtenir une efficacité d'usinage et des résultats grandement améliorées par rapport à l'art antérieur. D'autres buts de l'invention ressortiront de la descrip- tion qui suit. L'invention fournit, selon un premier aspect, un procédé d'usinage électrique d'une pièce conductrice de l'électricité, dans lequel la surface d'usinage d'une électrode est disposée pièce, à distance de laace à cette dernière, un agent liquide d'usi- nage étant fourni, pour définir un intervalle d'usinage rempli de liquide, un courant électrique d'usinage passant entre l'é- lectrode et la pièce pour usiner électriquement cette dernière dans l'intervalle, le procédé selon l'invention étant caracté- risé en ce qu'il comprend les mesures consistant à: mettre en place une surface vibrante annulaire continue émettant des on- des de manière à entourer l'électrode à distance de celle-ci; et produire des ondes ultrasonores avec la surface vibrante grâce à une excitation mécanique vibratoire de celle-ci pour appliquer des ondes ultrasonores à au moins une partie de la surface d'électrode d'usinage, de manière sensiblement a isotrope à partir de la surface annulaire continue émettrice d'onde. L'invention fournit aussi, selon un second aspect, un appareil pour usiner électriquement une pièce conductrice de l'électricité au moyen d'une électrode d'usinage, appareil qui comprend des moyens pour supporter l'électrode et amener sa surface d'usinage en relation d'espacement avec la pièce pour définir entre elles un intervalle d'usinage, des moyens pour amener un agent liquide d'usinage sur la surface de l'électrode d'usinage et à l'intervalle d'usinage-, et des moyens pour faire passer un courant électrique d'usinage entre l'électrode et la pièce pour usiner électriquement cette dernière dans l'intervalle, l'appareil selon l'invention étant caractérisé en ce qu'il comprend un élément annulaire présen- Étant une surface annulaire continue émettrice d'ondes propre à être disposée de façon à mettre en position la surface-annu- laire pour qu'elle entoure l'électrode à distance de celle-ci; et des moyens pour produire des ondes ultrasonores avec l'élé- ment, en y produisant une vibration mécanique de fréquence ultrasonore pour appliquer les ondes ultrasonores et au moins une partie de la surface d'électrode d'usinage, de façon sen- siblement isotrope à partir de la surface annulaire continue émettrice d'ondes. Une forme de réalisation de l'invention sera maintenant décrite, à titre d'exemple, en liaison avec le dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 est une vue schématique, essentiellement en coupe, représentant un appareil selon l'invention incorporé à une installation d'usinage par électro-érosion à fil de coupe; - les figures 2 (A), 2 (B) et 2 (C} sont des vues en coupe d'éléments de plaque annulaire à vibration ultrasonore, présentant des surfaces annulaires émettrices d'ondes confor- mées suivant différents contours, destinées à être utilisées -35 dans l'installation de la figure 1 et dans celles qui sont représentées aux figures suivantes - la figure 3 est une vue en coupe représentant schéma- tiquement un appareil selon l'invention incorporé à une ins- tallation d'usinage par électro-érosion du type plongeant, ou une installation d'électro-déposition - la figure 4 est une vue- similaire représentant schéma- tiquement un appareil selon l'invention incorporé à une ins- tallation d'électro-érosion pour perçage profond, ou une installation d'électro-déposition; et - la figure 5-est une vue similaire représentant schéma- tiquement un appareil selon l'invention incorporé à une ins- tallation pour déposer électriquement-ou chauffer électroly- tiquement (à décharges) une surface métallique à contour compliqué. lO. Les caractéristiques de la présente invention sont applicables particulièrement avantageusement à une installa- tion d'usinage par électro-érosion à fil de coupe, telle que représentée schématiquement à la figure 1. Dans cette instal- lation, l'électrode d'usinage est constituée sous la forme d'un fil continu ou d'un corps allongé 1 analogue. Le fil- électrode 1, qui peut être en, par exemple, cuivre ou laiton, et avoir une épaisseur de 0,05 à 0,5 mm, est transporté en continu entre une zone de fourniture 2 représentée par une bobine de fourniture, et une zone de reprise 3 représentée par une bobine de reprise. Sur le trajet de circulation du fil,. une paire d'éléments de guidage 4 et 5 sont prévus pour chan- ger la direction de circulation du fil à partir du côté de fourniture 2 vers la région d'une pièce W, et à partir de la région de cette-dernière, vers le côté de reprise 3, respectivement. Une combinaison de galets d'entraînement et de galets de freinage (aucun de ceux-ci n'étant représenté) prévus de manière courante sur le trajet du fil circulant, détermine une vitesse souhaitée de- circulation axiale du fil et une tension souhaitée appliquée sur-le fil-électrode cir- culant. Les éléments de guidage 4 et 5 peuvent être utilisés pour amener l'axe du fil-électrode 1 présent entre eux, dans une relation d'usinage à l'éloignement avec la pièce W tra- versée linéairement par-le fil-électrode 1-. Un agent liquide d'usinage, par exemple de l'eau distil- lée, fourni grâce à un échangeur d'ions à partir de l'eau du. robinet, est fourni par une buse 6 sur le fil-électrode 1 circulant, et il est porté sur celui-ci vers l'intervalle d'usinage dans la pièce W. Une source 7 habituelle de cou- rant d'électro-érosion présente une borne de sortie connectée électriquement au fil-électrode 1 au moyen d'un balai 8, et l'autre borne de sortie est connectée électriquement à la pièce W au moyen d'un conducteur (non représenté) pour le passage d'un courant électrique d'usinage, typiquement ou de préférence, ayant la forme d'une succession d'impulsions, entre le fil-électrode 1 et la pièce W à travers l'intervalle baigné de liquide, enlevant ainsi de la matière par électro- érosion de la pièce W. Pendant l'enlèvement de matière, la pièce W est déplacée transversalement à l'axe du fil-électrode 1 suivant un trajet prédéterminé, pour former un contour sou- haité dans la pièce W. Selon l'invention, un élément 9 vibrant de forme annu- laire est disposé de manière à ce que sa surface 9a annulaire continue interne entoure à distance le fil-électrode 1 dans une région en amont de la pièce W, adjacente à celle-ci. Dans la forme de réalisation représentée, l'élément 9 est en un métal ou un alliage adapté à la vibration et le bout d'extré- mité rétréci d'une corne 10 à ultrasons courante est en con- tact avec lui. La corne 10 est à son tour accouplée à un transducteur Il électromécanique, par exemple un quartz, qui est excité par une source 12 de courant haute fréquence pour induire dans celle-ci une vibration mécanique. Le signal vi- bratoire est amplifié de manière usuelle par la corne 10 et il est transmis, selon l'invention, à partir de celle-ci à l'élément 9. La surface 9a annulaire continue de l'élément 9 est, de préférence, espacée uniformément de la périphérie cir- culaire du fil-électrode 1. Il en résulte que le fil-électrode 1 subit la radiation isotrope d'ondes ultra-sonores émises à partir de l'élément 9; les ondes ultra-sonores sont focali- sées sur l'axe du fil-électrode 1 et agissent isotropiquement sur la surface du fil-électrode 1 dans l'un quelconque et/ou dans chaque plan orthogonal à l'axe de l'électrode. Il en ré- sulte en conséquence le dépouillement et l'enlèvement uni- forme des contaminants et des gaz en adhérence, à partir de la surface du fil-électrode, ce qui permet à L'agent liquide d'usinage fourni par la buse 5 d'être débarrassé des, gaz en- traînés.et d'être amené dans la zone d'usinage entre le fil-électrode et la pièce W avec un pouvoir mouillant accru. En outre, des réflexions et des déviations d'une parties des ondes ultrasonores se propagent au travers de l'agent liquide d'usinage et agissent sur la zone d'usinage de manière à permettre à une plus grande quantité d'agent d'être fournie en remplacement dans l'étroit intervalle d'usinage, facili- tant ainsi l'enlèvement des copeaux d'usinage, des gaz et des détritus dans cet intervalle. Etant donné que les ondes ultrasonores sont appliquées de manière isotrope au fil-élec- trode, il ne se crée pratiquement pas de région de stagnation de l'agent liquide d'usinage porté par le fil-électrode sur la totalité de sa périphérie circulaire ou cylindrique. La zone totale de l'intervalle d'usinage peut ainsi être alimen- tée uniformément en agent liquide d'usinage en plus grande quantité, pour faciliter la décontamination de l'intervalle. Ceci produit d'une part une action augmentée de refroidisse- ment du fil-électrode et de la pièce et, d'autre part, les protège efficacement de la mise en court-circuit ou de la formation d'arcs. Grâce à l'action de refroidissement augmen- tée et de l'empêchement de la mise en court-circuit de l'in- tervalle et de la formation d'arc, le fil devient moins sujet à la casse, et il en résulte une plus grande stabilité d'usi- nage, ce qui permet une vitesse d'enlèvement accrue. On a constaté que l'on obtient une vitesse d'enlèvement d'usinage accrue de 30 à 100 % par rapport à l'art antérieur. Les figures 2 (A), 2 (B) et 2 (C) montrent des formes de réalisations typiques pour la surface 9 a annulaire continue de l'élément vibrant 9 qui émet les ondes ultrasonores de- manière isotrope vers le fil-électrode 1. La surface 9a repré- sentée à la figure 2 (A) est effilée coniquement de manière à diverger vers la région de la pièce. La surface 9a représen- tée à la figure 2 (B) est conformée de manière parabolique. La surface 9a représentée à la figure 2 (C) consiste en une partie supérieure effilée coniquement de manière à converger vers le haut et une partie inférieure effilée coniquement de manière à converger vers le bas. La figure 3 montre une installation d'usinage par élec- tro-érosion (usinage par décharges électriques, usinage électro-chimique ou usinage électro-chimique à décharges) ou- une installation d'électro-déposition dans laquelle une élec- trode 101 conformée est juxtaposée à l'éloignement d'une pièce W dans un agent liquide d'usinage 13 et, selon l'inven- tion,-elle est encerclée par la surface annulaire continue interne 109a d'un élément 109 vibrant émetteur d'ondes, animé d'une vibration ultrasonore, grâce à la corne 10, par le transducteur 11 électromécanique représenté précédemment. La surface 109a est conformée selon un contour représenté à la figure 2 (A) de manière à diriger des ondes ultrasonores vers l'électrode 101 et'efficacement vers la totalité de la zone de l'intervalle d'usinage G. Avec une telle électrode ayant une surface d'usinage plus grande et compliquée, comme représenté, il a été difficile d'enlever les copeaux d'usinage, les gaz et les détritus de manière satisfaisante, mais il est devenu possible de réaliser ceci, selon l'invention, en sou- mettant la totalité de la surface de l'électrode d'usinage et la zone de l'intervalle au rayonnement isotrope des ondes ultrasonores, permettant ainsi à l'usinage d'avoir lieu avec une stabilité d'usinage accrue et uniformément sur la totali- té de la zone, pour obtenir une augmentation de la vitesse d'enlèvement ou de déposition. On a constaté que l'on obtient facilement une augmentation de la vitesse d'enlèvement ou de déposition pouvant atteindre 30 % de celle obtenue selon l'art antérieur. Dans une installation d'usinage de petits trous par élec- tro-érosion, ou d'électro-déposition, comme représenté à la figure 4, une électrode tubulaire 201 est alimentée par son canal interne en agent liquide d'usinage fourni à partir d'un conduit de fourniture 14, et elle est disposée à distance vis à vis d'une pièce W pour former par électroérosion dans celle-ci une cavité 15 petite et profonde, ou pour déposer électrolytiquement un revêtement uniforme sur la petite et profonde cavité 15 conformée dans la pièce W.. Dans cette ins- tallation aussi, un élément vibrant 209 émetteur d'ondes vi- bré ultrasoniquement grâce à la corne 10 par le transducteur électromécanique 11, est disposé à proximité de l'ouverture de la cavité 15 de manière à placer sa surface 209a annulaire continue interne pour qu'elle entoure de façon équidistante l'électrode tubulaire 201 afin d'appliquer un rayonnement isotrope des ondes ultrasonores à l'électrode 201. On a cons- taté que l'on obtient facilement de cette manière une.augmen- tation de la vitesse d'enlèvement ou de déposition pouvant aller jusqu'à 200 % de celle obtenue selon l'art antérieur. Dans une installation d'électro-déposition (par exemple revêtement ou formage), ou de chauffage électrolytique (à décharges), comme représenté à la figure 5, une tige-élec- trode ou une aiguille-électrode 301 est placée à distance vis à vis d'un contour compliqué 16 d'une pièce W immergée dans un liquide électrolytique 17, alors que l'électrode 301 et la pièce W sont excitées par une source de courant 18 pour dépo- ser électrolytiquement une couche de métal à partir de l'élec- trolyte sur une partie du contour 16, ou pour chauffer locale- ment une partie du contour 16 par l'action des décharges électrolytiques. L'électrode 301 ou la pièce W est déplacée pour permettre à la partie d'extrémité d'usinage de-l'électro- de 301 de balayer la totalité de la surface du contour de la pièce W, de sorte qu'une couche de déposition ou chauffée uniforme apparaît sur l'ensemble de la zone du contour 16. Dans cette installation aussi, un élément 309 vibrant émetteur d'ondes, vibré ultrasoniquement grâce à la corne 10 par le transducteur 11 électromécanique, est disposé adjacent à la pièce W de manière à placer sa surface 309 annulaire continue interne en position d'entourer de façon équidistante la tige- électrode ou aiguille-électrode 301, et appliquer un rayonne- ment isotrope d'ondes ultrasonores à l'électrode 301 et à la zone d'usinage. Ceci provoque une agitation extrêmement uni- forme de l'électrolyte dans la région de la partie formant pointe d'usinage de l'électrode 301, ce qui permet à une cou- che déposée ou durcie de te constituer à une vitesse et avec une uniformité accrues. 9 2482500 RÉPUBLIQUE FRAN AISE INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS BREVET 2 482 501 D'INVENTION CERTIFICAT D'UTILITÉ CERTIFICAT D'ADDITION Aucun titre n'est publié sous ce numéro REVENDICATIONS 1. Procédé d'usinage électrique d'une pièce conductrice de l'électricité, dans lequel la surface d'usinage d'une électrode est disposée vis à vis d'une pièce à distance de celle-ci et est alimentée en un agent liquide d'usinage de manière à définir entre elles un intervalle d'usinage rempli de liquide, un courant électrique d'usinage passant entre l'électrode et la pièce pour usiner électriquement cette der- nière dans l'intervalle, caractérisé en ce qu'il comprend les mesures consistant à placer une surface vibrante continue annulaire émettrice d'ondes de manière à entourer à distance ladite électrode; et produire des ondes ultrasonores au moyen de ladite sur- face grâce à une excitation vibratoire mécanique de celle-ci, pour appliquer les ondes ultrasonores à au moins une partie de ladite surface d'électrode d'usinage, de manière sensible- ment isotrope à partir de ladite surface annulaire continue émettrice d'ondes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface annulaire est espacée à distance uniforme de ladite partie dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'électrode. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface annulaire a un contour dont la forme est adaptée pour focaliser les ondes ultrasonores sur la région de ladite partie. 4. Appareil d'usinage électrique d'une pièce conductrice de l'électricité au moyen d'une électrode d'usinage, compre- nant des moyens pour supporter l'électrode et amener sa sur- face d'usinage vis à vis de la pièce à distance de celle-ci et définir un intervalle d'usinage entre elles, des moyens pour fournir un agent liquide d'usinage sur la surface de l'électrode d'usinage et à l'intervalle d'usinage, et des moyens pour faire passer un courant électrique d'usinage entre l'électrode et la pièce à travers l'intervalle d'usinage rem- pli de liquide, afin d'usiner la pièce électriquement, carac- térisé en ce qu'il comprend: un élément annulaire présentant une surface continue annu- laire émettrice d'ondes, propre à être placée dans une position o ladite surface annulaire entoure ladite électrode 1M, à distance de celle-ci; et des moyens pour produire des ondes ultrasonores au moyen dudit élément en y produisant une vibration mécanique de fréquence ultrasonore, afin d'appliquer des ondes ultraso- nores à au moins une paàrtie de ladite surface d'électrode d'usinage, sensiblement de façon isotrope à partir de la sur- face annulaire continue émettrice d'ondes. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface annulaire est séparée de ladite partie par 1O. un intervalle uniforme dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'électrode. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface annulaire a un contour dont la forme est adap- tée pour focaliser les ondes ultrasonores sur la région de ladite partie.