Brevet FR2496527A1 — publié le 19820625

1. La présente invention concerne un procédé de dé- coupe d'une rainure étroite soit en partie, soit en tota- lité dans une pièce par enlèvement par voie électrolytique du matériau de la pièce. On a suggéré dans l'art antérieur de découper par voie électrolytique une rainure dans une pièce en utilisant comme électrode un disque non perforé tournant de la ma- nière décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nu 3.130.138. Alors que le disque-électrode tournant se rapproche de la pièce, un courant électrique circule entre la pièce et le disque. Le brevet indique que l'utilisation d'un disque-électrode pour la formation d'une rainure se traduit par une action électrolytique indésirable entre les faces du disque et la rainure se traduisant par un élargis- sement de la rainure. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3.130.138 cité ci-dessus indique que la solution du problème soule- vé par un élargissement excessif de la rainure a déjà été tentée en revêtant les deux faces du disque avec un isolant électrique de façon à éviter un effet électrolytique entre les faces principales du disque et la rainure. Cependant, les résultats ainsi obtenus ne sont pas satisfaisants et des résultats meilleurs, s'agissant de la finesse des tail- les, pourraient être obtenus en faisant tourner les disques- 2. 2496527 électrodes à des vitesses supérieures à 900 mètres par mi- nute. Le brevet indique que la rainure résultante sera plus large d'environ 0,5 mm que l'épaisseur du disque, c'est-à-dire qu'il y aura approximativement un espace de 0,25 mm entre chaque face du disque et la surface latéra- le de la rainure. Le brevet indique également qu'un dis- que-électrode ayant une épaisseur aussi petite que 0,9 mm a été utilisé. Selon ce brevet, un disque ayant cette épaisseur provoquerait la formation d'une rainure ayant une largeur d'environ 1,4 mm. Bien que le dispositif décrit dans le brevet cité ci-dessus donne généralement satisfaction dans certaines applications, il ne peut être utilisé dans la formation de rainures relativement étroites, c'est-à-dire de rainures ayant une largeur de 0,3 mm ou moins. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser d'autres procédés lorsqu'il s'agit de former des rainures relativement fines. La présente invention concerne un procédé perfec- tionné de formation par voie électrolytique de rainures relativement étroites qui peuvent s'étendre soit en par- tie dans une pièce soit sur sa totalité. Une largeur exces- sive de la rainure est empêchée par réduction de la densi- té du courant électrique circulant entre des parties princi- pales des faces du disque-électrode et les surfaces latéra- les de la rainure pendant sa formation. De façon à réduire la densité du courant électrique circulant entre les surfa- ces latérales de la rainure et les faces principales du disque-électrode, le disque comporte des ouvertures qui s'étendent entre les faces principales. Les ouvertures ré- duisent l'aire de la surface latérale du disque présentée à la circulation du courant de façon que le degré selon lequel les côtés de la rainure sont érodés par effet élec- trolytique pendant la formation de cette rainure ait tendan- ce à être réduit. Compte tenu de ce qui précède, un objet de la pré- sente invention est un procédé perfectionné de formation par voie électrolytique d'une rainure étroite dans une piè- 3- 249652 ce par réduction de la densité du courant électrique cir- culant entre les surfaces latérales de la rainure et les faces principales d'un disque-électrode. Un autre objet de la présente invention est un procédé perfectionné, comme décrit dans le paragraphe précédent, o des ouvertures sont pratiquées entre les faces principales opposées du disque-électrode, les ouver- tures étant déplacées le long des surfaces latérales de la rainure dans le but de réduire la densité du courant élec- trique. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les des- sins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique de la manière avec laquelle une rainure étroite est formée dans une pièce en faisant appel à un disque-électrode com- portant des ouvertures qui s'étendent entre ses faces prin- cipales opposées; La figure 2 est une illustration partielle à gran- de échelle d'une partie du disque-électrode et de la pièce de la figure 1, et représentant la relation entre une plu- ralité d'ouvertures pratiquées dans les faces principales du disqueélectrode et une rainure en cours de formation dans la pièce; La figure 3 est une vue en coupe partielle, à grande échelle, prise le long de la ligne 3-3 de la figure 2 représentant encore la relation entre le disque-électro- de et la rainure formée dans la pièce; et La figure 4 est une vue partielle,à grande échel- le, représentant schématiquement la circulation du cou- rant électrique entre le disque-électrode et les surfaces de la rainure. Dans les dessins, un dispositif d'usinage électro- chimique 10 permettant la formation d'une rainure 12 dans une pièce 14 est représenté schématiquement en figure 1. Le dispositif 10 comprend un disque circulaire 18 formant électrode, qui tourne autour de son axe grâce à un arbre 4. 2496527 d'entraînement 20 et un moteur 22, Un potentiel électrique est appliqué entre la pièce 14 et le disque 18 par une source de courant 24. La partie inférieure du disque 18 est plongée dans une cuve 28 remplie d'électrolyte. Pendant la rota- tion du disque 18, l'électrolyte adhère à celui-ci de fa- çon à établir un courant continu d'électrolyte entre la cu- ve et la rainure 12. Si on le souhaite, une circulation d'électrolyte pourrait être dirigée dans la nervure à par- tir d'ajutages ou autres sources d'électrolyte. Au moment o la rainure 12 doit être formée dans la pièce 14, la pièce et le disque-électrode 18 sont dé- placés l'un par rapport à l'autre par un moteur d'entraîne- ment 32. Pendant ce mouvement relatif entre la pièce 14 et le disque 18, un potentiel électrique et une circula- tion d'électrolyte sont maintenus dans les très petits espaces formés entre le disque et la pièce. La pièce 14 et le disque 18 se déplacent l'un par rapport à l'autre à une vitesse telle qu'un contact ne se produit pas entre la pièce et le disque. Bien qu'il soit possible de déplacer le disque 18 par rapport à la pièce 14, le moteur d'en- traînement 32 est relié à la pièce 14 et en provoque le déplacement vers la droite de la figure 1, alors que le disque 18 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (vu en figure 1) autour de son axe fixe. Selon l'une des caractéristiques de la présente invention, une rainure étroite 12 est formée dans la pièce 14 par réduction de la densité du courant électrique cir- culant entre les faces principales 40 et 42 du disque 18 et les surfaces latérales 44 et 46 de la rainure 12. La diminution de ladensité du courant électrique circulant entre les faces 40 et 42 du disque 18 et les surfaces latérales 44 et 46 de la rainure 12 a pour effet de ré- duire la tendance qu'a l'électrolyte à provoquer une éro- sion entre le disque 18 et les surfaces 44 et 46 de la rai- nure. La rainure étroite 12 a une largeur de 0,3 mm ou moins et comporte des surfaces latérales 44 et 46 qui 5. 2496527 s'étendent sensiblement parallèlement aux faces principa- les 40 et 42 du disque 18. Si un courant électrique d'une densité relative- ment élevé était établi entre les faces 40 et 42 du dis- que et les surfaces latérales 44 et 46 de la rainure 12 après formation de cette rainure, il en résulterait une rainure d'une largeur sensiblement plus grande. Cela est dû au fait que, après formation initiale de la rainure (voir figure 2), la présence du disque-électrode 18 dans la rainure provoquerait un enlèvement électrolytique perma- nent du matériau des surfaces latérales de la rainure. L'érosion électrolytique résultante provoquerait un éva- sement excessif des faces latérales en regard du disque- électrode. De façon à réduire la densité du courant élec- trique circulant entre les faces principales 40 et 42 du disque 18 et les surfaces latérales 44 et 46 de la rainu- re 12, le disque comporte une série annulaire 50 (figure 1) de trous ou ouvertures 52. Les ouvertures 52 sont dis- posées près d'un bord extérieur cylindrique 54 du disque 18. Bien que quelques trous 52 aient été seulement repré- sentés en figure 1, on comprendra que la série annulaire comprend une suite de trous circulaires situés à égale distance les uns des autres sur la totalité du pourtour du disque 18. On comprendra également que les ouvertures 52 peuvent avoir une autre forme que la forme circulaire représentée dans les figures.De fait, lorsque des rainures plus profondes doivent être taillées soit en partie, soit dans la totalité d'une pièce, il peut être recommandé d'uti- liser des ouvertures 52 non circulaires s'étendant sur une distance radiale importante vers l'intérieur à partir de la périphérie du disque 18. Lors du commencement de la formation de la rai- nure 12, un coin avant 58 de la pièce 14 (figure 1) est amené tout près de la surface latérale extérieure annulai- re 54 du disque 18. Un courant électrique relativement dense s'établit entre la surface 54 du disque 18 et le coin 6. 2496527 58 de la pièce 14 de façon à démarrer la formation de la rainure 12. Le courant relativement dense circulant entre la surface 54 du disque 18 et la pièce est établi par un potentiel électrique dû à la source de courant 24. A ce moment-là,une circulation continue d'électrolyte est main- tenue entre le disque 18 et la pièce 14 par l'entraînement de l'électrolyte de la cuve 28 par le disque. Pendant la formation de la rainure 12, la périphé- rie du disque 18 se déplace en étant recouverte par les surfaces latérales 44 et 46 de la rainure (figures 2 et 3). A ce moment-là, le courant dense antérieurement éta- bli se trouve maintenu entre la petite surface latérale 54 et le fond 60 de la rainure 12. De plus, un courant électri- que d'une densité sensiblement plus petite se trouve établi entre les faces principales 40 et 42 du disque 18 et les surfaces latérales 44 et 46 de la pièce 14. Bien qu'il y ait circulation d'un courant électrique entre le disque 18 et la pièce 14, le disque-électrode ne s'engage pas dans la pièce et l'électrolyte circule dans les espaces créés entre les côtés de la rainure 12 et les faces du disque-électrode. La rotation du disque 18 provoque le déplacement des ouvertures 52 les unes après les autres dans la rainure 12 au niveau des surfaces latérales 44 et 46, puis en dehors de la rainure (voir figure 2). Alors que les ouvertures 52 se déplacent au niveau des surfaces latérales 44 et 46 de la rainure 12, la circulation du courant électrique entre les surfaces de la rainure contiguës aux ouvertures 52 et les faces principales 40 et 42 du disque a tendance à être in- terrompue. Cependant, gr.âce à l'effet de balayage de la sé- rie de trous 52 au niveau des surfaces latérales 44 et 46 de la rainure et à la conductibilité de l'électrolyte présent dans la rainure, on pense qu'il y a la plus grande proba- bilité pour que les ouvertures 52 permettent purement et simplement une réduction importante de l'intensité du cou- rant électrique et n'arrêtent pas totalement le courant cir- culant entre le disque et les surfaces de la rainure conti- guës aux ouvertures. 7. 24965i Une érosion électrolytique indésirable des côtés 44 et 46 de la rainure 12 est minimisée en limitant leur exposition aux surfaces massives du disque 18. Par consé- quent, on préfère que les ouvertures 52 aient une étendue dans le sens radial telle qu'elles ne soient pas totale- ment recouvertes par les surfaces latérales 44 et 46 de la rainure 12 (voir figures 2 et 3). Par conséquent, la forme et l'emplacement des ouvertures 52 sont avantageusement tels que la profondeur de la rainure 12 est insuffisante pour permettre aux surfaces latérales 44 et 46 de la rai- nure de recouvrir totalement un segment en forme d'arc du trajet circulaire qui est balayé par les ouvertures pen- dant leur déplacement dans la rainure. La manière avec laquelle le courant électrique cir- cule entre le disque 18 et la pièce 14 est représentée sché- matiquement en figure 4. Un courant électrique relativement dense se trouve établi et maintenu entre la petite surface annulaire, radialement extérieure, 54 du disque 18 et la surface 60 du fond de la rainure. Cette circulation du cou- rant électrique est représentée schématiquement en 62 dans la figure 4. Pour obtenir une uniformité de la circula- tion du courant et de l'effet de coupe par voie électroly- tique, la surface 54 est continue, c'est-à-dire exempte d'ouverture ou autres discontinuités. La circulation de courant entre la face principa- le 42 du disque 18 et la surface latérale 46 de la gorge 12 est réduite par la présence des trous 52 qui s'étendent entre les faces latérales opposées 40 et 42 du disque 18. Cela est représenté schématiquement en figure 4 o la cir- culation du courant électrique entre la face 42 du disque et la surface latérale 46 de la rainure est indiquée sché- matiquement en 64. Pendant le balayage par l'ouverture 52 du côté principal 46 de la rainure 12, la densité globale du courant entre la face du disque et le côté de la rai- nure est sensiblement réduite. Naturellement, pendant que les ouvertures 52 se déplacent au niveau d'une partie de la surface latérale 46 de la rainure 12, le courant se 8. 2496527 trouve rétabli. Cependant, l'ouverture immédiatement pré- cédente effectue une réduction du courant. En plus de la réduction de la densité du cou- rant électrique entre les faces principales 40 et 42 du disque-électrode 18 et des surfaces latérales 44 et 46 de la rainure 12, les ouvertures 52 favorisent la circulation de l'électrolyte dans la rainure, laquelle a pour effet de retarder l'encrassement du disque 18 pendant l'enlève- ment du matériau de la pièce 14 par voie électrolytique. Ainsi, des gouttelettes d'électrolyte 30 ont tendance à être emprisonnées ou maintenues dans les ouvertures 52 de sorte que l'électrolyte est acheminé dans la rainure 12 avec un effet de rinçage. Cet effet de rinçage réduit la tendance qu'à le matériau extrait de la pièce à s'amonce- ler sur le pourtour de la surface de l'électrode. Naturellement, la largeur et la profondeur de la rainure 12 varieront selon le type de pièce 14 dans laquelle la rainure doit être découpée électrolytiquement. Cependant, on pense que le disque-électrode 18 sera utili- sé avantageusement pour la formation de rainures relative- ment étroites ayant une largeur ou distance entre surfaces latérales 44 et 46 de 0,28 mm ou moins. La rainure aura une largeur supérieure d'environ 0,025 mm à l'épaisseur axiale ou distance séparant les faces principales 40 et 42 du dis- que électrode 18. Par conséquent, pour former une rainure étroite dans une pièce, on envisage que le disque 18 ait une épaisseur de 0,25 mm ou moins. Les tôles métalliques ayant une épaisseur de 0,28 mm ou moins auront tendance à avoir la flexibilité des clinquants. Cependant,le moteur 22 fait tourner le disque-électrode souple 18 à une vitesse relativement éle- vée de sorte que la force centrifuge permet de maintenir le disque avec ses faces principales 40 et 42 s'étendant vers l'extérieur perpendiculairement à l'axe 20 autour du- quel il tourne. Cela permet de réaliser le disque 18 avec des tôles métalliques ou des clinquants relativement fins qui sont capables de former des rainures étroites dans une 9. 2496527 pièce lorsque des ouvertures, semblables aux ouvertures 52, y sont pratiquées. Il est envisagé d'utiliser, pour la formation de rainures 12 de formes différentes dans des pièces 14 cons- tituées de matériaux différents, des disques électrodes 18 de type et de taille différents. Cependant, dans un exem- ple spécifique, un disque-électrode 18 était en laiton. Ce disque avait un diamètre d'environ 178 mm et une épaisseur, c'est-à-dire une distance séparant ses faces opposées 40 et 42, d'environ 0,1 mm. Pendant la formation d'une rainure, le disque- électrode 18 cité ci-dessus tournait à une vitesse d'envi- ron 3600 tours par minute. L'électrolyte 18 était une solu- tion dans l'eau du produit connu dans le commerce sous le nom d"Anacut 90". Cependant tout autre électrolyte appro- prié aurait pu être utilisé. Un potentiel électrique d'en- viron 7 volts était établi entre l'électrode 18 et la piè- ce 14. La pièce 14 était en acier à outil et se déplaçait avec une avance d'environ 7,5 mm par minute. L'opération s'est traduite par la formation d'une fente ayant une lar- teur, c'est-à-dire une distance entre les surfaces latéra- les 44 et 46, d'environ 0,1 mm. Lorsqu'on travaille avec des rainures très étroi- tes et des disques fins, il est recommandé de prévoir un guide fixe non conducteur, comprenant des éléments 64 et qui sont positionnés aux côtés opposés du disque et situés à une distance très légèrement supérieure à la lar- geur de la rainure 12. Les guides 64 et 65 peuvent être lubrifiés par l'électrolyte prélevé dans la cuve 28. La description précédente d'un disque-électrode spécifique et des conditions de fonctionnement a été fai- te pour rendre cette description plus claire et l'on com- prendra que des disques différents et d'autres conditions de fonctionnement puissent être utilisés si on le souhai- te. Par exemple, le disque pourrait être constitué d'un mé- tal conducteur de l'électricité autre que le laiton et la pièce être formée d'un métal autre que l'acier. 10. 2496527 On comprendra également que le disque puisse être utili- sé pour la formation de rainures ayant de nombreuses au- tres formes que la configuration linéaire représentée en figure 1. Par exemple, le disque pourrait être utilisé pour la formation d'une rainure s'étendant totalement dans une pièce de façon à couper une partie d'une pièce ou à former une fente s'étendant entre les faces opposées d'une pièce. Compte tenu de ce qui précède, il apparaît que la présente invention constitue un procédé perfectionné de formation par voie électrolytique de rainure 12 relative- ment étroites qui peuvent s'étendre soit partiellement, soit totalement dans une pièce. Une largeur excessive de la rainure est évitée en réduisant,pendant sa formation, la densité du courant électrique circulant entre les faces principales 40 et 42 du disque 18 et les surfaces latéra- les 44 et 46 de la rainure 12. De façon à réduire la den- sité du courant électrique 64-entre les surfaces latéra- les 44 et 46 de la rainure et les faces principales 40 et 42 du disque 18, le disque comporte des ouvertures 52 s'étendant entre ces faces. Les ouvertures 52 réduisent la surface latérale du disque 18 disponible pour l'établis- sement du courant, avec pour effet une tendance à minimi- ser l'étendue sur laquelle les côtés de la rainure sont érodés par voie électrolytique pendant sa formation. L'appréciation de certaines des valeurs de mesu- res indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. Il. 249652 REVENDICATIONS 1 - Procédé de découpe d'une rainure étroite dans une pièce constituée d'un matériau conducteur de l'électri- cité, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivan- tes: la fourniture d'un disque-électrode en matériau con- ducteur de l'électricité comportant des ouvertures s'éten- dant entre ses faces principales opposées, la rotation du disqueélectrode autour de son axe, l'établissement d'un potentiel électrique entre le disque-électrode et la piè- ce, l'établissement d'une circulation d'électrolyte entre le disque-électrode et la pièce, la mise en oeuvre d'un mou- vement relatif entre le disque-électrode tournant et la piè- ce de façon à les rapprocher étroitement, l'établissement d'un courant électrique entre le disque-électrode tournant et la pièce de façon à démarrer la formation d'une rainure dans la pièce, la poursuite de la formation de la rainure en continuant le mouvement du disque-électrode tournant et de la pièce l'un par rapport à l'autre de façon à déplacer les faces principales du disque-électrode et les surfaces latérales de la rainure en relation de chevauchement, l'éta- blissement d'un courant électrique entre les surfaces la- térales de la rainure et les faces principales du disque électrode tournant pendant la poursuite de la formation de la rainure, et le déplacement des ouvertures du disque-élec- trode tournant le long des surfaces latérales de la rainure de façon à réduire la densité du courant électrique entre les surfaces latérales de la rainure et les faces principales du disque-électrode. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de la mise en oeuvre d'un mouvement rela- tif entre le disque-électrode et la pièce est exécutée d'une manière telle que la profondeur de la rainure dans la pièce est insuffisante pour permettre aux surfaces laté- rales de la rainure de recouvrir complètement tout segment en forme d'arc d'un trajet circulaire balayé par les ouver- tures des faces principales du disque-électrode pendant sa rotation. 12. 2496527 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de la poursuite de la formation de la rainure comprend la formation de la rainure avec une lar- geur dépassant l'épaisseur axiale du disque de moins de 0,025 mm. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de fourniture d'un disque-électrode com- prend les étapes de fourniture d'un disque flexible ayant une épaisseur axiale de 0,25 mm ou moins, en ce que l'éta- pe de mise en rotation'du disque-électrode comprend l'éta- pe d'application de la force centrifuge au disque flexible de façon à maintenir ses faces principales perpendiculai- res à son axe de rotation, en ce que l'étape de poursuite de la formation de la rainure se traduit par la formation d'une rainure ayant une distance entre ses faces latérales de 0,3 mm ou moins. - 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de déplacement des ouvertures du disque- électrode tournant le long des surfaces latérales de la rainure de façon à réduire la densité de courant comprend l'étape de réduction de la densité de courant entre des zones des surfaces latérales de la rainure et les faces principales du disque-électrode pendant que les ouvertu- res des faces principales du disque-électrode se déplacent en alignement avec les zones des surfaces latérales de la rainure et l'augmentation ultérieure de la densité de courant entre des zones des surfaces latérales de la rai- nure et les faces principales du disque-électrode pendant que les ouvertures des faces principales du disque-électro- de ne se trouvent pas en alignement avec les zones des sur- faces latérales de la rainure. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'établissement d'un courant d'électro- lyte comprend l'étape favorisant le passage d'un courant d'électrolyte dans la rainure par maintien de l'électroly- te dans au moins une partie des ouvertures du disque-élec- trode pendant sa rotation. 13. 2496527 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de fourniture d un disque-électrode com- prend l'étape de fourniture d'un disque-électrode ayant une face mineure circulaire et continue s'étendant entre ses fa- ces principales, l'étape d'établissement d'un courant élec- trique entre le disque-électrode et la pièce pour démarrer la formation d'une rainure dans la pièce comprend l'étape d'établissement d'un courant électrique ayant une première densité entre la face mineure continue du disqueélectrode et la pièce, l'étape d'établissement d'un courant électri- que entre les surfaces latérales de la rainure et la face principale du disque-électrode tournant comprend l'établis- sement d'un courant électrique ayant une seconde densité entre les faces principales du disque-électrode et les sur- faces latérales de la rainure tout en maintenant un courant électrique ayant la première densité entre la face mineure continue du disque-électrode et la pièce. 8 - Dispositif de découpe d'une rainure étroite dans une pièce constituée d'un matériau conducteur de l'é- lectricité, caractérisé en ce qu'il comprend un disque- électrode pouvant tourner et formé d'un matériau conducteur de l'électricité, un moyen pour mettre en rotation le dis- que autour de son axe, un moyen pour établir un courant électrique entre le disque tournant et la pièce de façon à démarrer la formation d'une rainure dans la pièce, un moyen pour effectuer un mouvement relatif entre le disque et la pièce et par conséquent provoquer un déplacement progres- sif des faces principales du disque et des surfaces latéra- les de la rainure suivant une relation de chevauchement et le creusement progressif de la rainure, le disque-électrode comportant des ouvertures distantes circonférentiellement les unes des autres et s'étendant d'une face principale à l'autre et positionnées dans le sens radial du disque à l'intérieur des parties se chevauchant, ces ouvertures agis- sant de façon à réduire la densité du courant électrique circulant entre les surfaces latérales de la rainure et les faces principales du disque-électrode. 14. 2496527 9 - Dispositif selon la revendication 8, caracté- risé en ce que le disque a une épaisseur axiale de 0,25 mm ou moins, et en ce que le disque-électrode est mis en rota- tion à une vitesse telle que la force centrifuge provoque le maintien des faces latérales principales du disque sensi- blement perpendiculairement à son axe de rotation, ce qui se traduit par la formation d'une rainure ayant une distan- ce entre ses surfaces latérales de 0,28 mm ou moins. - Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de guidage disposé sur les côtés respectifs du disque-électrode dans le but de les maintenir sensiblement perpendiculaires à l'axe de rotation.