Brevet FR2508832A1 — publié le 19830107

La présente invention concerne un dispositif d'alimentation en réfrigérant de la zone de travail d'outils, et en particulier d'outils rotatifs tels que meules, etc., comprenant un pulvérisateur avec une buse d'air reliée à une source d'air comprimé et débouchant dans une chambre de mélange, qui communique par une canalisation d'alimentation avec un réservoir de réfrigérant et comporte, du côté opposé à la buse d'air, un orifice de sortie du brouillard air-réfrigerant. Des pulvérisateurs des types les plus divers sont connus. Les pistolets de peinture et les atomiseurs de parfum sont les applications les plus populaires. Des pulvérisateurs sont également utilisés pour amener un liquide de refroidissement finement divisé dans la zone de travail d'outils. Dans le cas d'outils tournant à très grande vitesse, et en particulier de meules, la gaine d'air entraînée en rotation sur la circonférence de l'outil exerce une influence gênante en déviant le liquide de refroidissement. Les pulvérisateurs classiques ne sont donc utilisables qu'avec des outils à rotation relativement lente et par suite fonctionnement non économique, ou servent au refroidissement de la pièce. Dans le cas de meules, il est important d'amener le réfrigérant directement sur la zone de coupe, afin d'éliminer les grains émoussés ainsi que les impuretés, et de refroidir efficacement la meule ellemême, pour qu'aucune contrainte thermique destructive n'apparaisse entre le noyau relativement froid de la meule et l'enveloppe extérieure qui s'échauffe. Les meules posant ainsi les conditions les plus sévères de refroidissement efficace et représentant les outils à vitesse de rotation maximale, les considérations suivantes portent essentiellement sur l'emploi d'un dispositif d'alimentation de meules en réfrigérant. Il va de soi qu'un dispositif satisfaisant dans ce cas est également utilisable pour des outils posant des conditions moins sévères. Les pulvérisateurs classiques ne satisfaisant pas à ces exigences divers systèmes ont été développés, dans lesquels le réfrigérant est projeté à grande vitesse, sous forme d'un jet liquide, à travers la gaine d'air entourant la meule. L'arrosage haute pression par exemple s'effectue sous une pression de 250 bars avec un diamètre de buse de 0,8 mm et atteint une force de jet d'environ 14 N. Les inconvénients résident dans la très forte consommation d'énergie et le débit notable de réfrigérant, 8malgré l'emploi d'une minibuse. Pour des raisons d'énergie, il est possible d'arroser toute la largeur de la meule et le fin jet doit être animé d'un mouvement de va-et-vient. Il en résulte un affûtage sans cesse variable des zones de la meule et par suite des surfaces irrégulières sur la pièce. La filtration fine du liquide, la pompe haute pression spéciale et le mécanisme de réglage et de déplacement de la buse sont complexes et coûteux, et toutes ces pièces sont soumises à une forte usure. Des procédés moyenne pression ont été développés à partir de l'observation suivante :l'action d'un jet froid de refroidissement sur la meule encore garnie de particules métalliques incandescentes permet, comme un refroidissement brusque thermique, une amélioration largement satisfaisante de la durée de coupe de la meule. Ils utilisent une pression de 16 ou de 5 bars et un diamètre de buse d'environ 2 mm. Les coûts demeurent néanmoins importants; des filtres fins et des mécanismes de déplacement de la buse sont nécessaires dans ce cas aussi et l'usure de la buse est relativement élevée. L'invention a pour objet un dispositif permettant, avec des coûts minimaux d'appareillage et d'énergie, d'amener un réfrigérant de façon efficace et fiable dans la zone de travail de meules à rotation tries rapide. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, une tuyère supersonique est placée sur l'orifice de sortie de la chambre de mélange du pulvérisateur. Une tuyère supersonique désigne dans ce cas une tuyère réalisée au moins approximativement selon les règles de dimensionnement de MVAL tef. Hütte 1", 28ème édition, pages 488 à 491). Le pulvérisateur connu et extrêmement simple est modifié par cette addition au point de convenir pour un nouveau domaine d'emploi promoteur. Le jet de brouillard sortant de la tuyère supersonique atteint en effet une vitesse si élevée (Mach 1 à 2 selon la pression de l'air), à laquelle les gouttelettes de liquide disposent d'une quantité de mouvement si élevée qu'elles traversent la gaine d'air gênant comme des projectiles#de haute énergie (quantité de mouvement = masse.vitesse). Il est possible de réduire le débit de réfrigérant au 20ème environ de celui des systèmes moyenne pression connus, car pratiquement tout le réfrigérant débité atteint la zone de travail. Le jet de brouillard a un diamètre d'environ 10 à 20 mm (pour la distance recommandée de l'embouchure à la meule), de sorte qu'une bande de cette largeur est continûment refroidie sur la meule. La faible consommation d'énergie permet de juxtaposer simplement plusieurs dispositifs selon l'invention, afin de refroidit même des meules de très grande largeur. Les pulvérisateurs sont extrêmement simples et robustes Le réfrigérant peut (selon le modèle) être refoulé dans la chambre de mélange ou aspiré par le jet d'air. Il est possible d'utiliser tous les lubrifiants réfrigérants connus, qui sont plus ou moins agressifs, et memetdes huiles ayant une viscosité maximale environ 20 cSt. Une filtration fine du réfrigérant est inutile. Selon la formule de LAVAL, la pression de l'air à l'entrée permet d'ajuster facilement l'énergie du brouillard pulvérisé dans l'orifice de sortie de la chambre de mélange, de façon que les gouttelettes de réfrigérant sortant de la tuyère supersonique présentent juste l'énergie cinétique suffisante pour produire le refroidissement souhaité. Une pression et une consommation inutilement élevées de l'air sont ainsi évitées. Un autre avantage de l'invention réside dans la force particulièrement faible s'exerçant sur la meule par suite de la vitesse du jet réglable avec précision et du faible débit de liquide. Un avantage important est obtenu, en particulier dans le cas de broches portemeule de rectification intérieure, quand le jet de réfrigérant charge peu la broche dans le sens radial, car il est alors possible d'utiliser une plus grande partie de sa rigidité pour la pression de serrage sur une pièce. Le dispositif selon l'invention ne comporte aucune pièce sensible au voisinage de la meule et convient donc particulièrement bien pour l'ambiance sévère qui y règne. Un respect particulièrement précis de la distance à la meule est inutile - des différences atteignant 40 mm sont admissibles -, de sorte qu'un coûteux mécanisme de réglage est généralement superflu. Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre de mélange est réalisée dans un corps; deux alésages coaxiaux sont prévus dans le corps, débouchent dans la chambre de mesure et permettent l'introduction, sous forme d'inserts, de la buse d'air d'une part et de la tuyère supersonique d'autre part, l'insert qui contient la buse d'air étant muni à l'extrémité du corps d'un raccord pour un flexible à air comprimé; et le corps comprend un troisième alésage débouchant latéralement de l'extérieur dans la chambre de mélange et équipé à l'extérieur pour le raccordement d'un flexible d'alimentation en réfrigérant. Selon une autre caractéristique de l'invention, les inserts sont démontables, afin de permettre un remplacement rapide D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation, dont la figure unique représente le schéma. Un corps 1, produit de préférence par coulée, comprend des alésages 2 et 3 coaxiaux, débouchant chacun de l'extérieur dans une chambre de mélange 4 intérieure. Un troisième alésage 5 débouche en outre dans cette chambre; il s'étend également jusqu'à l'extérieur et reçoit un tube de raccordement 6, sur lequel est emmanché un flexible 7 d'alimentation en réfrigérant. Ce flexible 7 aboutit dans un réservoir 9 contenant du réfrigérant 8, comme l'indique la canalisation 7' en tireté. Une buse d'air 10, réalisée sous forme d'un insert, est introduite de l'extérieur dans l'alésage 2, puis fixée à l'aide d'une vis de serrage li, vissée dans un trou taraudé 12 du corps 1. Le côté extérieur de la buse d'air 10 est muni d'un raccord 13 connu pour un flexible à air comprimé 14. Ce flexible est relié à une source d'air nqriné connue et non représentée. La buse d'air 10 débouche dans la zone de la chambre de mélange 4, avec un orifice 15 d'un diamètre d'environ 2 à 3 mm. La constitution décrite jusqu'à présent correspond à celle d'un pulvérisateur connu et peut être modifiée aussi selon les systèmes connus. Une tuyère supersonique 16, réalisée sous forme d'un insert, est introduite dans l'alésage 3, puis fixée à l'aide d'une vis de serrage 17, vissée dans un trou taraudé 18 du corps 1. La longueur de cette tuyère supersonique 16 et le diamètre de son alésage 19 sont déterminés selon les règles de dimensionnement de LAVAL précitées. Dans l'état de fonctionnement du dispositif, de l'air comprimé circule dans le sens de la flèche 20 dans le flexible 14, le raccord 13, la buse d'air 10 et son orifice 15 pour atteindre la chambre de mélange 4, ou il produit dans des zones périphériques une dépression qui aspire du réfrigérant par l'alésage 5, le tube de raccordement 6 et le flexible 7, 7'. Le réfrigérant, que le jet d'air fait tourbillonner dans la chambre de mélange 4, forme avec l'air un jet de brouillard 21, dont la propagation est représentée en tireté. Cette propagation du jet, indiquée en tireté, correspond sensiblement, dans les limites de précision du dessin, à la forme de jet devant selon LAVAL ^etre imposée par la tuyère supersonique 16 pour déterminer l'effet d'accélération. En toute rigueur, la tuyère supersonique 16 devrait ainsi comporter un alésage présentant une légère courbure et convergeant vers la chambre de mélange 4. Des essais ont toutefois montré qu'un alésage rectiligne 19 représente un compromis acceptable, car d'une part il permet une production particulièrement simple et d'autre part l'effet LAVAL est pratiquement conservé. Il est essentiel d'égaler au moins approximativement le diamètre de la zone limite extérieure 22 de l'alésage 19 au diamètre du jet selon LAVAL. L'effet avantageux suivant se manifeste par ailleurs. Une partie des courants turbulents sortant de la chambre de mélange 4 est entraînée dans l'alésage 19, sur le pourtour de l'âme 21 bien délimitée du jet, et constitue dans la zone 23 de l'alésage un coussin d'air dont l'épaisseur diminue jusqu'à la zone limite 22. Ce coussin d'air compense ainsi efficacement dans la zone 23 le diamètre trop important de l'alésage 19. Une tuyère réalisée de la façon précédemment décrite, en vue d'une simplification des techniques de production, peut ainsi être considérée comme une tuyère supersonique, car son efficacité dans le système complet est déterminante en dernière analyse. Une électrovanne permet de commuter facilement l'alimentation en air comprimé, et par suite de coupler d'une façon extrêmement simple le fonctionnement du dispositif à la commande d'une rectifieuse par exemple. Des détendeurs, etc. peuvent être insérés tant dans la canalisation d'alimentation en air comprimé que dans la canalisation d'alimentation en réfrigérant, afin de permettre un réglage optimal de la teneur du brouillard en liquide. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Dispositif d'alimentation en réfrigérant de la zone de travail d'outils, et en particulier d'outils rotatifs tels que meules, etc., comprenant un pulvérisateur avec une buse d'air reliée à une source d'air comprimé et débouchant dans une chambre de mélange, qui communique par une canalisation d'alimentation avec un réservoir de réfrigérant et comporte, du côté opposé à la buse d'air, un orifice de sortie du brouillard air-réfrigérant, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'une tuyère supersonique (16) est placée sur l'orifice de sortie de la chambre de mélange (4). 2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de mélange (4) est réalisée dans un corps (1); deux alésages (2, 3) coaxiaux sont prévus dans le corps (1), débouchent dans la chambre de mélange et permettent l'introduction, sous forme d'inserts, de la buse d'air (10) d'une part et de la tuyère supersonique (16) d'autre part, l'insert qui contient la buse d'air (10) étant muni à l'extérieur du corps (1) d'un raccord (13) pour un flexible à air comprimé (14); et le corps (1) comprend un troisième alésage (5) débouchant latéralement de l'extérieur dans la chambre de mélange (4) et équipé à l'extérieur pour le raccordement d'un flexible (7) d'alimentation en réfrigérant. 3. Dispositif selon revendication 2, caractérisé par la fixation démontable des inserts (10, 16) dans le corps (1).