Brevet FR2513556A1 — publié le 19830401

L'invention se rapporte à un procédé et à un ap- pareil d'ébarbage qui conviennent particulièrement pour de grandes pièces extrudées qui ont été profilées à la dimension voulue par des fraiseuses à broches multiples. On connait plusieurs procédés d'ébarbage auto- matique Le brevet US N O 4 280 304 décrit un procédé pour l'ébarbage de pièces usinées,par des opérations combinées de finition au moyen d'outils rotatifs et de gyro-finition. Le brevet US n' 4 275 529 décrit une roue à battant abra- sif rotatif qui a été utilisée comme outil d'ébarbage dans certains des procédés suivant l'art antérieur. L'état d'ensemble de la technique est exposé dans l'ouvrage "Technologie de l'ébarbage en fabrication perfectionnée" de La Roux K Gillespie, publié par Society of Manufacturing Engineers, One SME Drive, P O Box 930, Dearborn, Michigan 48128, en 1981 Ce texte décrit des procédés d'ébarbage, utilisés séparément ou en combinaison, comprenant: la vibration avec des milieux abrasifs, des roues composites entraînées par moteur électrique ou à air, des roues à battant du type décrit dans le brevet US n O 4 275 529, le polissage avec des tampons Scotch-Brite et l'utilisation de râcloirs à main et de lames analogues. La plupart des procédés décrits dans ce texte ont été essayés Aucun n'est apparu adaptable à une automa- tisation dans un système capable de traiter les différentes formes et dimensions de pièces qu'on rencontre dans un ate- lier de fabrication d'équipement aérospatial On a alors découvert qu'il existait une fibre extrudée constituée d' une résine de nylon imprégnée de grains abrasifs On a en- suite pu disposer cette fibre abrasive en une brosse de grand diamètre qui, lorsqu'on la fait tourner à des vites- ses appropriées, en contact avec la pièce usinée, effectue un travail satisfaisant d'ébarbage. Les moyens d'ébarbage suivant l'invention utili- sent une brosse rotative cylindrique à poils longs Les poils sont constitués par des fibres souples qui ont été impré- gnées de particules abrasives On utilise à la fois des poils en fibres imprégnées d'oxyde d'aluminium ou de car- bure de silicium, pour mettre en oeuvre les principes de l'invention L'emploi d'un dispositif de transfert permet d'améliorer l'ébarbage des pièces usinées, lorsqu'elles passent sous la brosse rotative. L'objectif consiste à obtenir une brosse à poils longs et souples La densité d'implantation des fibres sur la brosse doit être telle que leurs extrémités dirigées vers l'extérieur puissent fléchir facilement, à la fois axialement et dans le plan de rotation On cherche à ce que chaque fibre de la brosse vienne frapper contre le bord vif de la pièce usinée Du fait de la rotation de la brosse, les fibres, après avoir frappé la pièce, sont traî- nées dans la direction de leur extrémité, sur la surface. Grâce aux particules abrasives noyées dans chaque fibre, le mouvement de traînage des fibres engendre une action semblable à une râpe, qui abrase les arêtes vives de la pièce L'utilisation d'une brosse de grand diamètre, d'o partent des fibres longues et flexibles, permet d'obtenir des modifications du profil de la pièce usinée. On a constaté qu'il est avantageux de faire tour- ner la brosse à une vitesse relativement faible de façon à ce que les fibres imprégnées d'abrasif soient traînées sur les surfaces à ébarber à des vitesses de l'ordre de 900 m/mn ( 600 t/mn pour un diamètre de brosse de 50 cm) On a également trouvé qu'il est avantageux de déplacer cyclique- ment la brosse en va-et-vient, dans son sens longitudinal, sur une course d'une dizaine de centimètres Cela a pour effet que les fibres de la brosse rotative effectuent tou- jours un certain mouvement de travail, transversalement aux arêtes présentes sur la face de la pièce usinée Ce mouvement oscillant longitudinal de la brosse est par exem- ple de 30 à 50 cycles par minute Pour une brosse de 55 cm de diamètre, tournant à une vitesse de 600 à 700 t/mn et oscillant longitudinalement en va-et-vient sur une dis- tance de l'ordre de 75 mm, on a constaté que de grandes pièces extrudées en aluminium pouvaient être ébarbées par passage sous les fibres abrasives à une vitesse d'avance de 90 cm/mn Dans l'exemple ci-dessus, on utilisait des particules abrasives en oxyde d'aluminium noyées dans des fibres d'un diamètre de 1 mm. Dans le système d'ébarbage qui a été mis en oeu- vre, on a utilisé un transporteur automatique comportant des interrupteurs pour le démarrage et les phases succes- sives Pour utiliser cet équipement, un opérateur intro- duit une pièce de profilé usinée dans l'extrémité d'entrée de l'équipement d'ébarbage Le transporteur automatique commande ensuite les interrupteurs qui mettent en service des moyens pour transporter positivement la pièce à ébar- ber sous la brosse rotative Le transporteur fait avancer la pièce à vitesse constante sous la brosse rotative, tout en la supportant en même temps de façon stable. L 'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de sa forme de réalisation, non limitative, représentée sur les dessins annexés. Fig 1 est une vue en perspective d'une brosse cylindrique, réalisée conformément à la présente invention; Fig 2 est une vue partielle en bout, à plus grande échelle, du corps de brosse ou mandrin, illustrant des moyens de fixation des fibres abrasives; Fig 3 représente une fibre abrasive en contact avec l'arête vive de la pièce à usiner; Fig 4 est une vue en perspective d'une pièce extrudée caractéristique de la construction aérospatiale, qui a été fraisée et qui est prête pour l'ébarbage; Fig 5 est une vue de dessus de l'équipement utilisé pour entraîner la brosse de la figure 1; Fig 6 est une vue de côté de l'équipement de la figure 5 Fig 7 est une vue en coupe de l'une des fibres abrasives; et Fig 8 est une vue de côté du transporteur, il- lustrant de façon simplifiée la façon dont la pièce usi- née est transportée sous la brosse rotative. La figure 1 représente une brosse 10 construite conformément à la présente invention La brosse 10 est composée d'un mandrin 12 qui porte une pluralité de ran- gées de fibres 14 imprégnées d'abrasif Dans le dispositif réalisé à titre d'exemple, le diamètre du mandrin 12 est de 150 mm environ et les fibres 14 ont une longueur de 200 mm vers l'extérieur à partir du mandrin, de sorte qu'on ob- tient une brosse cylindrique d'un diamètre total de 550 mm. La longueur du mandrin 12, dans cet exemple de réalisation, est de 450 mm Les fibres qui constituent chaque rangée de poils sont en nylon Du Pont Tynex A, de 1,1 mm de diamètre, imprégné d'oxyde d'aluminium conforme au code 9336-0406 On utilise 780 poils par rangée de 450 mm et la brosse con- tient 12 rangées de poils D'autres brosses pourraient ê- tre réalisées avec des fibres de diamètre différent Par exemple, le nylon Du Pont Tynex A est disponible avec une imprégnation de particules abrasives en oxyde d'aluminium ou en carbure de silicium, et avec plusieurs possibilités de diamètres de fibre allant de 0,5 mm à plus de 2, 5 mm La composition de la matière à ébarber détermine le choix du diamètre de fibre et de l'abrasif Par exemple, des pièces extrudées en aluminium peuvent être ébarbées avec un abra- sif d'oxyde d'aluminium, tandis qu'il peut être préférable d'ébarber des pièces en acier au moyen de fibres imprégnées de carbure de silicium. La figure 2 illustre un mode de fixation des fi- bres abrasives sur le mandrin 12 Des fibres de 400 mm de longueur, en nylon Du Pont Tynex A, sont repliées en leur milieu de façon à passer autour de tiges ou goujons 16 qui i 513556 s'étendent sur la longueur du mandrin 12 Une pluralité de plaques de serrage 18, fixées au mandrin 12 par des vis , maintiennent en position l'ensemble fibre/tige, tout en maintenant les poils de brosse en position sensiblement dressée Ce dispositif de fixation est seulement décrit à titre d'exemple et des poils fixés au mandrin par d'autres moyens fonctionneraient également bien Lors de la fabri- cation de brosses d'essai, certaines ont été réalisées par scellement des poils dans des gorges taillées dans le mandrin. La brosse terminée 10 est disposée de manière à être montée en rotation sur un arbre de mandrin 22 La bros- se 10 peut ainsi être entraînée en rotation afin que les poils chevauchent les arêtes vives de la pièce usinée. La figure 3 est une vue partielle d'une pièce extrudée fraisée 24, présentant des arêtes vives 26 et 28 qui doivent être ébarbées Un poil 30 de la brosse 10 de la figure 1 est représenté en contact avec les bords frai- sés 26 et 28 On suppose que le mandrin auquel est fixé le poil 30 tourne de façon à déplacer ce poil dans la direc- tion indiquée sensiblement par la flèche 32 Ainsi, du fait de la rotation du mandrin de la brosse, le poil 30 qui part de ce mandrin est traîné latéralement le long des arêtes 26 et 28 et enlève de la matière de la pièce, par une sorte d'effet de râpe dû aux particules abrasives imprégnées dans le poil en fibre souple. La figure 4 est une vue en perspective et en cou- pe d'une pièce extrudée caractéristique 34 qui a été ébar- bée de façon satisfaisante par la mise en oeuvre de la pré- sente invention Chaque nervure 36 comporte trois arêtes vi- ves 38, 40 et 42 qui doivent être ébarbées à la sortie de la machine de taillage Dans l'équipement réalisé à titre d'exemple, un dispositif transporteur est incorporé pour déplacer les pièces extrudées de la figure 4 sous la brosse rotative Une vue de côté en coupe de ce transporteur est représentée sur la figure 8 On voit que la pièce extru- dée 34 est supportée sur une pluralité de rouleaux paral- lèles 44, 46, 48, 50 et 52 Dans le dispositif réalisé à titre d'exemple, les rouleaux 46 et 50 sont entrainés et les rouleaux 44, 48 et 52 ne sont pas entraînés mais tournent librement sur leurs axes respectifs Des rou- leaux supérieurs 54 et 56 sont supportés chacun en rota- tion, de façon pivotante, sur des bras qui leur permet- tent de venir en contact avec la face supérieure des piè- ces 34 Des vérins pneumatiques, non représentés, sont u- tilisés pour manoeuvrer les bras qui amènent les rouleaux 54 et 56 en contact avec la face supérieure de la pièce extrudée 34 La brosse rotative 10 effectue alors l'ébar- bage de la pièce extrudée et elle est capable d'intéres- ser toute la largeur de la partie usinée, en une seule fois. Les flèches indiquent le sens de rotation des rouleaux et de la brosse Dans le dispositif réalisé, une série d' interrupteurs de séquences de fonctionnement sont prévus, pour commander toutes les phases du fonctionnement Les surfaces des rouleaux 44, 46, 48, 50, 52, 54 et 56 sont re- couvertes de néoprène ou d'une matière analogue, afin que la pièce à ébarber ne soit pas égratignée ou marquée par la pression Les rouleaux 46 et 50 sont entraînés de maniè- re à obtenir une vitesse d'avance, à travers l'installa- tion, de l'ordre de 90 cm/mn. Les figures 5 et 6 sont des vues de dessus et de côté de l'équipement utilisé pour actionner la brosse Ce dispositif comprend un cadre secondaire 58, sensi- blement en forme de U, auquel la brosse 10 est fixée de fa- çon tournante par l'intermédiaire de paliers 60 L'extré- mité de base du cadre secondaire est supportée par un ar- bre 62 Celui-ci est fixé au châssis principal 63 de la machine par des boulons 65 >ui traversent un support 64 Le châssis secondaire 58 en forme de U est fixé à l'arbre 62 par l'intermédiaire de paliers à manchon 66 et 68 Un bras de manivelle 70 est bloqué sur la surface extérieure du manchon 66 L'autre extrémité du bras de manivelle 70 est fixée à la tige de piston d'un vérin pneumatique 72 dont la base est fixée de façon articulée au châssis principal 63 On voit, sur la figure 6, que la manoeuvre du vérin pneumatique 72 permet de faire monter et descendre la bros- se 10 Dans la forme de réalisation de la figure 8, le vé- rin pneumatique 72 de la figure 6 est programmé de façon à abaisser la brosse 10 dans une position o elle vient en contact avec la pièce usinée, avec un chevauchement d'au moins 25 mm des extrémités des poils. Les figures 5 et 6 illustrent également un entraî- nement de brosse, comprenant un premier moteur 74 fixé au cadre secondaire 58 par des boulons appropriés Une poulie 76, montée sur l'arbre du premier moteur 74, et une poulie 78, montée sur l'arbre de la brosse 10, ont une dimension déterminée pour que la courroie de transmission 80-fasse tourner la brosse 10 à la vitesse désirée Dans l'exemple considéré, la brosse 10 est entraînée à une vitesse compri- se entre 600 et 700 t/mn Pour une brosse de 55 cm de dia- mètre, dont les poils chevauchent la pièce usinée d'au moins 25 mm, cela signifie que la vitesse superficielle des poils sur la pièce est de 1 000 à 1 160 m/mn. En plus de la rotation de la brosse 10, on a cons- taté qu'il est avantageux de déplacer simultanément la bros- se 10 dans son sens longitudinal, de façon oscillante Ce mouvement longitudinal oscillant est obtenu au moyen d'un deuxième moteur 82 (voir la figure 5) qui est fixé au châs- sis 63, non représenté Une transmission 84 de réduction de vitesse, accouplée à l'arbre de sortie du deuxième moteur 82, fournit une sortiepour un volant 86 à excentrique 88 qui communique un mouvement oscillant à un bras de manivelle dont la première extrémité est fixée à cet excentrique. L'autre extrémité du bras de manivelle 90 est fixé de façon articulée, par un boulon, à deux pattes 92 solidaires du pa- lier à manchon 68, à l'extérieur de celui-ci. La rotation du moteur 82 entraîne ainsi un mou- vement de va-et-vient du cadre secondaire 58, d'une dis- tance égale au double du décalage de l'excentrique 88 par rapport à l'axe du volant 86 Le mouvement oscillant du cadre secondaire 58 provoque un mouvement longitudinal de va-et-vient de la brosse 10, de sorte que chaque poil 30 de la brosse prend un mouvement à composantes bidirection- nelles Dans le dispositif réalisé, la vitesse de rotation du moteur 82 et le rapport de réduction de la transmission 84 procurent en combinaison un mouvement oscillant longi- tudinal de la brosse 10 de 30 cycles par minute. La figure 7 est une vue, à plus grande échelle, de l'un des poils 30 de la brosse, avec une partie coupée montrant l'intérieur du poil Du côté gauche du dessin, on voit des particules abrasives 14 à la surface de la ré- sine de nylon A droite, dans la partie coupée, des parti- cules abrasives 96 sont imprégnées à l'intérieur de la fi- bre Il en résulte que, lorsque la résine s'use au cours de l'opération d'ébarbage, la matière abrasive continue à se trouver en contact avec la pièce usinée. Bien que l'invention ait été décrite avec réfé- rence à une brosse comportant des poils longs en fibres de nylon imprégnées de particules abrasives, l'utilisation de fibres en nylon est indiquée seulement à titre d'exem- ple On peut utiliser d'autres matières,dans le cadre de la présente invention La condition principale est d'utiliser une matière relativement souple qui est à la fois résistan- te à l'usure et capable d'être imprégnée intérieurement avec des particules abrasives d'une dimension et d'une du- reté permettant d'obtenir l'ébarbage de la pièce usinée spécifiée. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la mise en oeuvre S 2513556 du procédé et du dispositif suivant l'invention, sans sor- tir du cadre de celle-ci Par exemple, on peut modifier à la fois la longueur de la brosse et la longueur des poils en fonction des conditions de travail. Revendications 1 Appareil d'ébarbage d'une pièce usinée, caractéri- sé en ce qu'il comprend: un mandrin ( 12), sensiblement cylindrique, qui peut être supporté en rotation; une pluralité de fibres souples ( 14) d'égale longueur, chacu- ne de ces fibres étant fixée au mandrin, les moyens de fixation permettant d'obtenir des poils ( 30) qui sont di- rigés radialement vers l'extérieur à partir du mandrin afin de former une brosse ( 10) sensiblement cylindrique, chacune des fibres souples étant imprégnée dans sa masse avec des particules abrasives ( 94,96), les extrémités in- térieures des poils étant fixées au mandrin à intervalles prédéterminés, le mandrin comprenant des espaces dans lesquels il ne porte pas de poils; des moyens ( 74,76,78) d'entraînement en rotation de cette brosse cylindrique; et des moyens ( 58,70,72) pour amener la brosse cylindrique en contact avec la pièce usinée, de façon à effectuer l'é- barbage. 2 Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 86,88,90) de déplacement longitudinal oscillant de la brosse cylindrique pendant qu'elle est en contact avec la pièce usinée, la fréquence de ce mouvement oscillant étant de préférence de 30 à 60 cycles par minute. 3 Appareil suivant la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que la brosse cylindrique a un diamètre supé- rieur à 50 cm, les moyens d'entraînement en rotation de la brosse étant de préférence prévus pour que la vitesse de fonctionnement de la brosse soit comprise entre 600 et 700 t/mn. 4 Appareil suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les fibres, à partir desquelles sont formés les poils, sont en nylon d'un diamè- tre de 1 mm ou plus, imprégné de particules abrasives d'o- xyde d'aluminium. Appareil suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les poils sont impré- gnés dans leur masse avec des particules abrasives en car- bure de silicium. 6 Appareil suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les moyens de fi- xation des poils sur le mandrin comprennent des tiges no- yées ( 16), fixées au mandrin rage ( 18) s'étendant sur la longueur de la brosse. 7 Appareil suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le mandrin a un diamètre de 150 mm et porte 12 rangées de poils, la densité des poils dans chaque rangée étant telle que chaque rangée contient 780 poils pour une longueur de brosse de 450 mm. 8 Appareil d'ébarbage d'une pièce usinée, caractéri- sé en ce qu'il comprend: une brosse sensiblement cylindri- que, montée de façon à tourner sur son axe, cette brosse comprenant une pluralité de fibres radiales souples allon- gées, chacune de ces fibres souples étant imprégnée dans sa masse avec des particules abrasives, la densité d'implan- tation des poils étant faible de façon à ce que les extrêmi- tés extérieures des poils puissent fléchir librement à la fois axialement et dans le plan de rotation; et des moyens d'entraînement en rotation de la brosse cylindrique, cette brosse étant située de façon à ce que la pièce usinée soit en contact avec les poils en un point situé vers l'intérieur par rapport aux dites extrémités extérieures et de façon à ce que les poils chevauchent la surface de la pièce, cha- que poil venant d'abord frapper la pièce lorsqu'il entre en contact avec celle-ci. 9 Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour engendrer une première et une deuxième composantes de mouvement entre les poils et la pièce usinée, la vitesse linéaire des extrémités des poils étant de préférence comprise entre 900 m/mn et 1200 m/mn environ. Brosse sensiblement cylindrique et prévue pour tourner sur son axe, utilisable dans un appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de fibres radiales souples allongées, chacune des fibres souples étant impré- gnée dans la masse avec des particules abrasives, la den- sité d'implantation de ces poils étant faible, de sorte que les extrémités extérieures des poils peuvent fléchir librement à la fois axialement et dans le plan de rotation lorsque la brosse tourne sur son axe en contact avec une pièce usinée et lorsque les poils viennent en contact avec la pièce en un point situé vers l'intérieur par rapport à leurs dites extrémités extérieures.