Brevet FR2518442A1 — publié le 19830624

La présente invention concerne les dispositifs du type "désintégrateurs", permettant l'usinage des métaux à l'aide d'étincelles provoquées par des systèmes électromécaniques. Dans des dispositifs connus de ce genre, l'apparition d'étincelles entre la pièce à usiner et l'outil fappelé dans ce cas "électrode") est obtenue par la séparation brusque de ces deux pièces préalablement mises en contact mécanique et électrique ; ladite séparation provoque, à leur niveau, l'ouverture du circuit électrique et, de ce fait, l'apparition d'étincelles entraînant l'arrachement de particules métalliques. Pour que lesdites particules soient bien celles de la pièce à usiner, l'électrode doit toujours être cathode, ce qui implique que le courant utilisé soit polarisé à l'aide d'un redresseur, la source initiale d'énergie provenant du secteur alternatif.L'importance du courant utilisé, l'obligation d'évacuer les particules métalliques arrachées et le fait de devoir éliminer au mieux le phénomène thermique, qui détruit et use l'électrode, nécessitent l'utilisation, dans les systèmes connus, d'un réfrigérant liquide. Ce réfrigérant, qu'il soit électrolyte ou d'iélectrique, présente de nombreux inconvénients nécessité de lui adjoindre un anti-oxydant, de l'injecter sous une forte pressicn pour qu'il ait une efficacité au niveau de l'évacuation des particules, de protéger l'opérateur ainsi que les parties mécaniques et électriques des projections importantes de liquide, de récupérer ou d'évacuer ledit liquide, d'utiliser un groupe moto-pompe ; tout ceci se traduit par un prix de revient élevé du dispositif sans pour autant obtenir l'efficacité vraiment souhaitée au niveau de l'élimination du phénomène thermique et de l'évacuation des particules métalliques (donc de la rapidité de l'usinage). En ce qui concerne la séparation brusque entre pièce et électrode, les dispositifs utilisent un électroaimant solidaire de l'électrode, destiné à imprimer à cette dernière un rythme régulier de séparation et de mise en contact avec la pièce à usiner ; la bobine de l'électro aimant est ainsi alimentée par un courant pulsé, qui peut être soit fixe, quelque soit le courant d'usinage utilisé, soit variable en fonction de ce courant d'usinage à l'aide d'un commutateur à manoeuvre manueile ; l'expérience montre qu'il est nécessaire d'adapter la puissance de la vibration de l'électrode à l'intensité du courant utilisé, celui-ci étant lui-même fonction de la dimension et du poids de l'électrode ; à une petite électrode doit correspondre une vibration légère et, inversement, à une électrode de grande dimension une vibration puissante ; dans les dispositifs connus utilisant une vibration de.puissance constante, l'inconvénient est majeur ; il n'est guère meilleur lorsque la vibration peut être réglée manuellement par un commutateur ou un moyen mécanique, en ce sens que de tels dispositifs sont manoeuvrés par une main d'oeuvre en général non qualifiée et qu'au surplus une bonne adaptation vibration-courant d'usinage ne peut s'interpréter qu'au moyen d'appareils de mesure précis tel un oscilloscope. En dernier lieu, les générateurs de tels dispo sitifs comportent tous un transformateur alimenté par le secteur, transformateur dont le secondaire, destiné à produire une très basse tension sous une très forte intensité, est réalisé en tube de cuivre dans lequel circule le liquide réfrigérant ; en aval du transformateur, un redresseur de courant permet d'obtenir la bonne polarité du courant d'usinage pour que l'électrode soit toujours cathode ; ledit redresseur, compte-tenu de la forte intensité qui le traverse, est un fournisseur important de calories, non souhaitées évidemment.Dans le cas où l'on utilise un refroidissement par air, à l'aide d'aiglettes de refroidissement et d'un ventilateur, l'aération du générateur doit être relativement conséquente et le système réalisé dans ces conditions est très onéreux ; dans le cas où l'on utilise le réfrigérant, (disponible puisque passant dans le tube secondaire du transformateur) l'inconvénient réside dans le fait que les raccor dements hydrauliques ne peuvent être rigoureusement gar an- tis contre une fuite éventuelle,et que ladite fuite, se produisant dans une enceinte à proximité de laquelle se trouve la haute tension, présente un danger pour l'opéra teur ; en outre, la liaison électrique entre le redresseur et l'électrode doit être réalisée à l'aide d'un conducteur de forte dimension, avec cosses et brides de raccordement, ce qui constitue autant de contact en série, qui font que la moindre résistance de contact qui peut apparaître, compte tenu de la très basse tension utilisée, réduit considérablement l'intensité du courant d'usinage. Le dispositif, suivant l'invention, permet d'éviter ces inconvénients ; dans celui-ci, en effet, il n'est pas utilisé de liquide réfrigérant, mais un gaz sous pression ; ce gaz peut parfaitement être l'air comprimé, que l'on trouve à disposition dans tous les endroits où de tels dispositifs sont utilisés ; l'n évite ainsi les pro jections de liquide et sa récupération ; il n'est pas besoin d'un anti-oxydant, ni de moto-pompe, d'où un gain important de prix ; d'autre part, le gaz ayant une fluidite beaucoup plus grande d'un liquide, son écoulement entre l'électrode et la pièce est d'autant plus important et l'efficacité ainsi obtenue diminue considérablement le phénomène thermique au niveau de l'électrode, d'où une usure beaucoup plus faible de cette dernière et une évacuation nettement plus efficace des particules de métal arrachées ; il est d'ailleurs possi ble d'augmenter encore considérablement ces avantages en uti lisant un gaz réfrigéré, comme par exemple celui que l'on obtient en le faisant circuler dans un tube passant à proxi mité de la surface de l'azote liquide contenu dans un réser voir classique. Un deuxième inconvénient, celui de l'adapta tion de la vibration en fonction du courant d'usinage utilisé, est également supprimé en ce sens que ladite adaptation est effectuée de façon automatique ; pour ce faire le transformateur comporte trois bobinages : un bobinage primaire à prises, permettant de faire varier, à l'aide d'un commuta teur, tension et courant dans un bobinage secondaire en tube de cuivre réfrigéré par un gaz, et un deuxième bobinage secondaire alimentant la bobine du vibreur ; ainsi, à chaque position d'usinage correspond une tension.d'alimentation de la vibration, tension qui sera d'autant plus élevée que le courant d'usinage sera important ; de ce fait, la puissan-ce de la vibration est automatiquement adaptée, sans inter.- vention de l'opérateur, au courant d'usinage et donc à la dimension de l'électrode. Un dernier inconvénient, relatif à l'échauff e- ment du redresseur à l'intérieur du générateur et aux résistances introduites dans le circuit électrique d'usinage par. des multiples contacts en série, est supprimé par le fait que dans le dispositif, objet de l'invention, le redresseur, constitué par une diode au silicium refroidie par le gaz utilisé, est placé non pas dans le générateur mais sur le vibreur ; le secondaire en tube du transformateur est relié ainsi directement au vibreur, ce qui--exclut toute possibilité de chutes de tension dues 3 des contacts en série tels qu'ils existent dans la liaison par câble, et tout échauffement à l'intérieur du générateur, puisque le redresseur en est exclu. La figure 1 du dessin annexé représente une vue globale du dispositif. La figure 2 du dessin annexé représente la position du redresseur sur le vibreur. La figure. 3 du dessin annexé représente l'utilisation d'une cuve d'azote liquide. Tel qu'il est représenté sur les figures 1 et 2, le dispositif comporte un transformateur 1 constitué d'un bobinage primaire 2, dont l'entrée alternative 4 alimentée par le secteur peut être dérivée par un commutateur 5 sur un nombre variable de spires déterminé par les plots 6, 7, 8 et 9 permettant d'obtenir ainsi des tensions variables sur les secondaires 10 et 11 ; le bobinage secondaire 10 est constitué par un tube ove cuivre destiné à être parcouru par un gaz injecté à son entrée 12 ; le secondaire 11 est destiné à alimenter la bobine 13 du vibreur 16, par l'intermédiaire d'un redresseur 14 permettant -d'obtenir un courant pulsé, qui varie en fonction de la position du commutateur sur les plots de l'enroulement primaire 2 ; le transformateur 1 et le commutateur 5 sont contenus dans un coffret 15 appelé générateur ; les liaisons entre coffret 15, vibreur 16 et pièce à usiner 17, sont réalisées successivement de la façon suivante : pour le secondaire 10 : une première extrémité par un câble 34, appelé câble de masse, fixé d'une part sur l'entrée 12 et d'autre part sur la pièce à usiner 17 ; une deuxième extrémité directement raccordée au refroidisseur 18 du redresseur 19, constitué par une diode au silicium, le tube de cuivre étant enroulé en une spiraie 20, afin de lui donner de l'élasticité, et comportant, à proximité du vibreur 16, un robinet 21 de réglage du débit de gaz ; pour le secondaire 11, par un câble à deux conducteurs relié à la bobine 13. Le vibreur est constitué d'une armature magnétique 22, emprisonnant une bobine 13 qui, excitée electri- quement par le secondaire 11, attire le noyau 23, solidaire de l'axe 24, et, non excitée, laisse redescendre ledit noyau 23 rappelé par le ressort 25 ; le mouvement ainsi obtenu permet de mettre en contact puis de séparer brusquement l'électrode 26 de la pièce 17 ; l'enveloppe isolante 27 permet de relier la carcasse magnétique 22 au refroidisseur 18 de la diode 19 le gaz entré par l'extrémité 12 du secondaire 10 va ressortir par l'électrode 26, en ayant successivement refroidi le secondaire 10, la diode 19, à l'aide de sa circulation dans le refroidisseur 18, l'axe 24, qu'il rejoint par un tube isolant 28, l'électrode tubulaire 26 et evacuer les particules métalliques qui se détachent de la pièce 17, lors de l'apparition des étincelles entre électrode et pièce. Le courant alternatif, arrivant au redresseur 19 par le refroidisseur 18, est transformé en courant polarisé, dont le signe (-) est relié à l'électrode 26 par le conducteur 29. La figure 3 représente une manière de refroidir le gaz utilisé en le faisant passer, par le tube 30, à proximité de la surface 31 de l'azote liquide contenu dans le récipient 32 ; le tube 30 étant spiralé à l'inte- rieur du récipient 32, il est possible, par le volant 33, de l'approcher plus ou moins de la surface 31 de l'azote liquide et d'obtenir ainsi la valeur de réfrigération souhaitée du gaz, qui circule dans le tube 30 et qui sera ensuite injecté dans l'extrémité 12 du secondaire 10 du transformateur 1. Le dispositif, objet de l'invention, peut être utilisé dans tous les cas d'usinage du métal, et en particulier lorsqu'il s'agit de métaux très durs comme les aciers rapides ou le carbure de tungstène. Des applications intéressantes peuvent être, en dehors de l'extraction de tarauds ou forets cassés dans des pièces, l'usinage de trQus de formes complexes, les électrodes pouvant. être réalisées suivant le profil désiré. REVENDICATIONS 1.- Dispositif destiné à usiner les métaux à l'aide d'étincelles électriques produitent entre l'outil (26) (appelé électrode) actionné mécaniquement par la vibration d'un électro-aimant (16) et alimenté électriquement par un transformateur (1) en série avec un redresseur de courant (19), et la pièce à usiner (17) alimentée également électriquement par ledit transformateur (1), caractérisé par le fait que le refroidissement d'éléments constitutifs est -effectué à l'aide d'un gaz. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le gaz peut être réfrigéré à volonté. 3.- Dispositif suivant la revendication 2, carac térisé par le fait que la réfrigération du gaz est obtenue en le faisant passer à une distance plus ou moins grande de la surface (31) de l'azote liquide contenue dans un récipient (32). 4.- Dispositif suivant la-revendication 1, carac térisé par le fait que la vibration de l'outil (26) est automatiquement ajustée à la plus ou moins grande intensité du courant d'usinage. 5.- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que la vibration est commandée électriquement par un seul enroulement (11) sur le secondaire du transformateur (1). 6.- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le primaire (2) du transformateur (1) comporte des prises multiples (6, 7, 8, 9) sur lesquelles peuvent être appliquées la tension du secteur (4) afin d'obtenir des tensions secondaires variables. 7.- Dispositif selon la revendication 1, carac térisé par le fait que le redresseur de courant 19 est placé sur l'electro-aimant (16) destiné à-~la vibration de l'ou- til (26). 8.- Disposition selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'alimentation électrique du redresseur (19) est réalisée par un enroulement spirale (20)d'une des extrémités du secondaire W0) du transformateur (1).