Brevet FR2508364A1 — publié le 19821231

Système d'alimentation en liquide d'usinage pour une machine d'électroérosion à fil mobile La présente invention concerne l'usinage par électroérosion à fil mobile et notamment un nouveau système amélioré d'ali- mentation en liquide d'usinage pour l'usinage par électro- érosion à fil mobile, du type dans lequel un fil électrode est axialement transporté d'un dispositif d'alimentation à un dispositif de reprise à travers la pièce à usiner, tout en traversant la pièce linéairement à travers son épaisseur, la pièce étant déplacée par rapport au fil électrode mobile transversalement à l'axe de celui-ci, tandis qu'on fait pas- ser un courant électrique d'usinage entre le fil électrode mobile et la pièce pour enlever par électroérosion de la matière sur celle-ci Tel qu'il est utilisé ici, le terme "fil électrode" désigne une électrode mince continue allon- gée, habituellement sous la forme d'un fil, mais pouvant également se présenter sous la forme d'un ruban ou d'une bande L'invention concerne particulièrement un système - d'alimentation continu en liquide d'usinage, dans lequel un liquide d'usinage, par exemple de l'eau distillée, est in- jecté dans la zone de découpe de la pièce au moyen d'une buse d'injection disposée sur un côté de la pièce de façon à s'ouvrir dans la direction de la zone de découpe, par exemple une rainure, et est évacué de cette zone de découpe, au moyen d'un ensemble d'aspiration disposé de l'autre côté de la pièce. Dans l'usinage par électroérosion à fil mobile, il est nécessaire que le liquide d'usinage, habituellement de l'eau distillée, soit amené et renouvelé en continu dans la zone de découpe pour jouer plusieurs rôles importants, c'est-à- dire qu'il sert non seulement de fluide d'usinage pour re- nouveler continuellement l'action d'électroérosion mais également de fluide de balayage pour enlever de façon con- tinue les produits d'usinage et les polluants de la zone de découpe et en même temps de fluide de refroidissement pour empêcher le fil électrode mobile et la pièce soumise à une action d'usinage par électroérosion à haute énergie de chauffer de façon excessive Ainsi, il est nécessaire d'a- mener et de renouveler le liquide d'usinage sous la forme d'un courant continu dans la zone de découpe. Dans ce but, on a l'habitude d'utiliser une buse conçue pour injecter dans cette zone de découpe le liquide d'usinage nous la forme d'un courant à vitesse relativement élevée, ou plus d'une buse dans cette région de la pièce habituel- lement disposée dans l'atmosphère, le ou les courants de liquide d'usinage étant orientés vers la zone de découpe ou la rainure découpée, laquelle est relativement étroite Par exemple, on a trouvé avantageux d'utiliser deux buses d'in- jection agencées pour être coaxiales l'une à l'autre et au fil électrode mobile de telle manière qu'une buse soit dis- posée sur un côté de la pièce et l'autre buse sur l'autre c 8 té de celle-ci Dans cette disposition, deux courants in- dépendants de liquide d'usinage sont projetés de part et d'autre de la pièce dans la zone de découpe et se rejoignent pour circuler à travers la rainure découpée et sortir de celle-ci en aval de la zone de découpe dans la pièce. On a maintenant trouvé que les dispositions de buses anté- rieures utilisées dans l'usinage par électroérosion à fil mobile ne donnent pas entièrement satisfaction pour permet- tre d'obtenir la vitesse d'usinage et la précision recher- chées Le refroidissement et le balayage tendent à être insuffisants, notamment dans la zone de la rainure à l'en- droit o les deux courants injectés de part et d'autre de la pièce se rejoignent En outre, l'air ambiant tend à être aspiré dans le jet projeté par chaque buse en direction de l'étroite rainure découpée de telle sorte que les bulles de gaz emprisonnées occupent un volume notable du liquide S d'usinage traversant le passage dans la zone de découpe on a maintenant trouvé que cet air indésirable réduit notable- ment la vitesse et la précision d'usinage et peut également provoquer une instabilité d'usinage et une rupture inopinée du fil électrode mobile. C'est en conséquence un but mportant de la présente inven- tion de procurer un nouveau système amélioré d'alimentation en liquide d'usinage utilisé en liaison avec une machine d'électroérosion à fil mobile, lequel système assure une répartition uniforme du liquide d'usinage sur toute l'épais- seur de la zone de découpe tout en réduisant en même temps l'introduction indésirable d'air ambiant dans le courant de liquide d'usinage projeté de la buse. En conséquence, la présente invention procure un système d'alimentation en liquide d'usinage pour une machine d'é- lectroérosion à fil mobile, dans laquelle un fil électrode est axialement transporté d'un côté alimentation à un côté reprise à travers une pièce tout en traversant linéairement la pièce sur toute son épaisseur, et un liquide d'usinage traverse une zone de découpe par électroérosion définie en- tre le fil électrode mobile et la pièce, tandis que celles- ci sont déplacées l'une par rapport à l'autre transversale- ment à l'axe du fil électrode mobile pour créer progressi- vement une entaille d'électroérosion dans la pièce, ce sys- tème comprenant des moyens de -buse adaptés pour être dis- posés sur un côté de la pièce et pour être traversés par un fil électrode mobile pour projeter un courant de liquide d'usinage et l'injecter dans la zone de découpe dans la piè- ce depuis ce côté, des moyens d'aspiration adaptés pour être disposés essentiellement en contact avec la pièce ou à son voisinage immédiat sur l'autre côté de celle-ci et pour entourer le fil électrode mobile pour évacuer par aspiration le liquide d'usinage de cette zone de découpe, et des moyens de projection de fluide de refroidissement adaptés pour être disposés en entourant les moyens de buse depuis leur côté arrière sur le premier côté de la pièce pour projeter un fluide de refroidissement et enfermer avec celui-ci le courant de liquide d'usinage projeté par les moyens de buse. De préférence, le premier côté de la pièce est la surface inférieure de celle-ci disposée horizontalement, et l'autre côté est le côté supérieur Le fil électrode est alors dis- posé de préférence pour se déplacer vers le haut à travers la zone de découpe bien qu'on puisse également considérer la direction opposée de déplacement axial du fil électrode. De préférence, les moyens d'aspiration comportent un élé- ment de couvercle disposé pour entourer l'extrémité supé- rieure de la zone de découpe et un conduit d'évacuation pour raccorder le volume à l'intérieur de l'élément de couvercle à une source d'aspiration De préférence, l'élé- ment de couvercle a sa portion de bord adaptée pour être maintenue en contact léger avec la surface supérieure de la pièce En outre, l'élément de couvercle comporte un élé- ment de guidage, par exemple tubulaire, pour laisser passer librement le fil électrode. L'invention sera bien comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, de plusieurs réalisations, en liaison avec le dessin joint, sur lequel: la figure 1 est une vue en élévation latérale, essentielle- ment en coupe, illustrant schématiquement une réalisation de la présente invention; et la figure 2 est une vue similaire illustrant schématiquement une autre réalisation de l'invention. On se reporte d'abord à la figure 1; on y voit une pièce 1 en cours d'usinage par électroérosion par un fil électrode 2 Comme il est habituel, le fil électrode 2 est transporté de façon continue d'un emplacement d'alimentation à un emplacement de reprise à travers la pièce 1, tout en tra- versant cette pièce 1 de bas en haut, ou vice-versa, à travers une zone de découpe la dans la pièce 1 Le fil électrode 2 se déplace sur des galets de guidage 3 et 4 pour former entre eux un brin mobile rectiligne Des balais électriques 5 et 6, qui sont représentés disposés entre le galet de guidage 3 et la pièce 1 et entre cette dernière et le galet de guidage 4 respectivement, sont électrique- ment raccordés à une borne d'une source de courant d'usi- nage par électroérosion 7, dont l'autre borne est électri- quement raccordée à la pièce 1, pour faire passer un cou- rant électrique d'usinage, de préférence sous la forme d'une succession d'impulsions électriques, entre le fil électrode mobile 2 et la pièce 1, ce qui permet d'enlever par électroérosion de la matière sur la pièce au travers de la zone de découpe, constituant un intervalle d'usinage. Au fur et à mesure de l'enlèvement de matière, une table de travail 8 sur laquelle est fixée la pièce 1, est dépla- cée par une unité d'avance (non représentée) typiquement commandée par une commande numérique (NC) (non représentée) pour déplacer la pièce 1 transversalement à l'axe du fil électrode mobile 2, normalement perpendiculairement et par- fois en oblique, selon le trajet de découpe désiré, de sorte qu'il se forme dans la pièce 1 une rainure découpée par électroérosion selon un contour correspondant au trajet pro- grammé La zone de découpe la représente l'avant de la rai- nure d'électroérosion qui se crée progressivement et cette zone se déplace avec l'axe du fil électrode mobile 2 dans la pièce 1. Une ouverture de buse 9 est située directement en dessous et au voisinage immédiat de l'extrémité inférieure de la zone de découpe la et communique par un conduit 10 avec une source de liquide d'usinage (non représentée); le fil électrode 1 passe par l'axe de cette ouverture 9 et coulis- se à travers une garniture 11 dans le conduit 10 pour péné- trer dans la zone de découpe la, ou pour en sortir L'ouver- ture de buse 9 peut avoir une section transversale circu- laire coaxiale au fil électrode 2 et doit avoir un diamètre ou une largeur intérieure sensiblement égale au diamètre ou à la largeur de la zone de découpe la (dansr le plan hori- zontal), ou ne doit pas être supérieure à 20 fois ce dia- mètre Il en résulte qu'un mince courant de liquide d'usi- nage L est projeté de l'ouverture de buse 9 dans la zone de découpe la, passe à travers celle-ci et en sort pour refroi- dir suffisamment la portion de la pièce entourant la zone de découpe et en évacuer les produits d'érosion. La buse 9 de petite section transversale est logée dans une buse 12 de plus grande section transversale et elle est en- tourée coaxialement par cette dernière, laquelle communique parun conduit 13 à une source de fluide de refroidissement (non représentée) Le conduit 10, à l'extrémité duquel se trouve l'ouverture de buse 9, est ici disposé pour passer à travers la paroi du conduit 13 Le fluide de refroidissement C peut être le même que le liquide d'usinage L La grande ouverture de buse 12, représentée comme affleurant pratique- ment à la petite ouverture de buse 9, est conçue ici pour projeter un courant de fluide de refroidissement C, de sec- tion transversale annulaire, sur une portion de la surface inférieure de la pièce 1 entourant la zone de découpe la, enfermant ainsi coaxialement le mince courant de liquide d'usinage sortant de la petite ouverture de buse 9 Le cou- rant de fluide de refroidissement C, de section transversale annulaire, sortant de la grande ouverture de buse 12, forme ainsi un rideau de fluide pour tout le mince courant de liquide d'usinage L sortant de la petite ouverture de buse 9 dans la zone de découpe la, et isole ainsi le courant L de liquide d'usinage de l'atmosphère De cette manière, le cou- rant de liquide d'usinage L sortant de l'ouverture de buse 9 et passant à travers la zone de découpe la, est efficacement protégé contre toute perturbation et aération par l'air am- biant. Un élément d'aspiration en forme de coupe 14 est disposé à proximité immédiate de la surface supérieure de la pièce 1 ou en léger contact avec celle-ci; cet élément d'aspiration 14 comporte un conduit 15 qui communique avec une pompe aspirante ou une source de pression négative (non repré- sentée) La coupe 14 est disposée en contact avec la pièce 1 par l'intermédiaire d'un joint annulaire 16 en matière élastique telle que du caoutchouc et elle comporte égale- ment un passage 17 à travers lequel se déplace librement axialement le fil électrode 1 tendu entre les galets de guidage 3 et 4 à travers la zone de découpe la Sous l'ac- tion de la source d'aspiration, le conduit 15 crée une pression négative dans le volume compris entre la coupe 14 et la pièce 1 et évacue ainsi le courant de liquide d'usinage L projeté par la buse 9, lui permettant de passer de façon régulière à travers la zone de découpe la et d'en sortir En conséquence, le refroidissement de la portion de pièce et du fil électrode mobile dans la zone de décou- pe la est amélioré et la quantité d'air introduite dans le liquide d'usinage L passant à travers la zone de découpe la est considérablement réduite Du fait que le liquide d'usinage L peut passer de façon régulière à travers la zone de découpe la, l'action de cavitation est fortement réduite, comme l'est également la quantité de bulles gazeu- ses emprisonnées dans le courant autres que celles dues à l'évaporation et à l'ébullition produites par les décharges électriques d'usinage L'élément de couvercle 14 est prévu pour empêcher le-liquide d'usinage injecté sur le côté as- piration d'être perturbé ou rendu turbulent. Une deuxième buse de projection de fluide de refroidissement 18 de grande section transversale est montée au dessus de la coupe 14 La buse 18 est conçue pour projeter un courant de fluide de refroidissement C depuis une source appropriée, qui peut être la même que celle prévue pour la buse 12; de ce fait, une quantité suffisante de fluide de refroidis- sement C est déversée sur la coupe 14 et sur les régions de la surface supérieure de la pièce 1 entourant la coupe 14 pour refroidir suffisamment la pièce 1 et pour isoler le pas- sage 17 de l'atmosphère. Les buses supérieure 18 et inférieure 12 ou leurs conduits associés sont formés avec des passages à travers lesquels passe librement le fil électrode 2. Dans la réalisation modifiée représentée sur la figure 2 sur laquelle on a utilisé les mêmes repères que sur la figure 1 pour désigner les mêmes parties, le couvercle 14 a un conduit d'aspiration modifié 19, qui dans la région de la partie supérieure du couvercle 14, est disposé pour être coaxial au tube de guidage 17 du fil électrode En outre, la deuxième buse 18 est disposée pour recouvrir partiellement le couvercle 14 et de ce fait, est situé plus près de la pièce 1. Il apparait de ce qui précède que le système selon la pré- sente invention permet à un courant de liquide d'usinage L projeté par une buse 9 sur un côté de la pièce à usiner 1, d'être effectivement évacué par aspiration à travers un conduit d'évacuation 15, 19 sur l'autre côté de la pièce 1, procurant ainsi une circulation régulière à travers la zone de découpe la pour refroidir suffisamment la pièce 1 Du fait de la première buse 12 disposée pour entourer coaxia- lemeht la buse de projection du liquide d'usinage 9, le courant de liquide d'usinage 9 sortant de cette dernière est suffisamment protégé contre l'introduction de bulles d'air et peut traverser la zone de découpe et en sortir sous forme d'un courant pratiquement laminaire sans turbulence ni cavitation Le conduit d'évacuation 15, 19 sort d'un couvercle 14 disposé au voisinage immédiat du côté aval de la pièce En outre, une deuxième buse de projection de flui- de de refroidissement 18, 19 peut avantageusement être montée au voisinage immédiat du couvercle 14 pour projeter un deuxième courant de fluide de refroidissement protecteur sur la surface de la pièce De cette manière, on a constaté une augmentation notable à la fois de la vitesse d'usinage et de la précision. Exemple: Avec une disposition comme celle représentée de façon géné- rale sur la figure 1, on usine une pièce en acier SK 6 (norme industrielle japonaise) d'une épaisseur de 20 mm avec un fil électrode en cuivre ayant un diamètre de 0,2 mm et avec un liquide d'usinage L constitué par de l'eau dis- tillée ayant une résistance spécifique de 5 x 10 ohms-cm. Le liquide d'usinage L est projeté sous une pression de 1,2 kg/cm 2 d'une buse 9 ayant un diamètre intérieur de 4 mm et un diamètre extérieur de 5 mm et il est aspiré dans un conduit d'évacuation 15 sous une pression de 750 mm Hg. Lorsqu'un courant de fluide de refroidissement C est pro- jeté d'une buse 12 ayant un diamètre intérieur de 10 mm et coaxial à la buse 9 pour entourer le courant de liquide d'usinage L, on obtient une vitesse d'usinage par électro- érosion atteignant 3,4 mm/min Lorsqu'il n'y a pas une telle buse 12, la vitesse d'usinage tombe à 2,1 mm/min. Revendications 1 Système d'alimentation en liquide d'usinage pour une machine d'électroérosion à fil mobile, dans laquelle un fil électrode est axialement transporté d'un côté alimen- tation à un côté reprise à travers une pièce tout en tra- versant linéairement la pièce sur toute son épaisseur, et un liquide d'usinage traverse une zone de découpe par électroérosion définie entre le fil électrode mobile et la pièce, tandis que celles-ci sont déplacées l'une par rapport à l'autre transversalement à l'axe du fil électrode mobile pour créer progressivement une entaille d'électro- érosion dans la pièce, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de buse ( 9) adaptés pour être disposés sur un côté de la pièce à usiner ( 1) et pour être traversés par un fil électrode mobile ( 2) afin de projeter un courant de liquide d'usinage et l'injecter dans la zone de découpe (la) dans la pièce depuis ce premier côté de celle-ci, des moyens d'aspiration ( 14, 15) adaptés pour être disposés essentiel- lement en contact avec la pièce ou à proximité immédiate de celle-ci sur l'autre côte de la pièce et pour entourer le fil électrode mobile pour évacuer par aspiration le liquide d'usinage de cette zone de découpe (la), et des moyens de projection de fluide de refroidissement ( 12) disposés pour entourer les moyens de buse ( 9) depuis le côté arrière de ceux-ci sur ce premier côté de la pièce pour projeter un fluide de refroidissement et enfermer avec lui le courant de liquide d'usinage projeté par les moyens de buse. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de projection de fluide de refroidissement ont une ouverture de buse ( 12) sensiblement coaxiale à l'ouverture de buse ( 9) des moyens de buse, mais de plus grande section transversale. 3 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce ( 1) a une surface inférieure correspondant au pre- mier côté et une surface supérieure correspondant à l'autre côté. il 4 Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'aspiration comportent un élément de couvercle ( 14) adapté pour être disposé au voisinage immédiat de l'ex- trémité supérieure de la zone de découpe (la) et pour l'en- tourer, un conduit d'évacuation ( 15) conduisant hors du couvercle ( 14) et communiquant avec une source d'aspiration, et un élément de guidage ( 17) couplé au couvercle pour per- mettre au fil électrode ( 2) de passer librement au travers. 5 Système selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des deuxièmes moyens de projection de fluide de refroidissement ( 18) adaptés pour être disposés au-dessus du couvercle ( 14) pour projeter un deuxième courant de fluide de refroidissement et balayer avec celui-ci la sur- face supérieure de la pièce.