Brevet FR2511627A1 — publié le 19830225

_, _ L'invention concerne un appareil de finition des surfaces qui assure des fonctions de meulage et de polissage. Les techniques classiques d'usinage de précision des surfaces métalliques exigent qu'une pièce soit soumise à une opération classique d'usinage dans une première machine et qu'elle soit ensuite transférée à une deuxième machine pour une opération de meulage de précision et de polissage La nécessité d'utiliser au moins deux machines de travail, donc de transférer la pièce de l'une à l'autre, augmente notablement le temps et la dépense nécessités par une finition précise de la surface, et limite la qualité que l'on peut obte- nir Il est donc désirable de fournir un appareil qui permette d'obtenir une surface finie avec précision, tout en nécessitant seulement l'utilisation d'une seule machine-outil munie d'éléments finisseurs remplaçables. L'invention propose un appareil de finition d'une pièce comprenant un élément finisseur abrasif élastique disposé de manière à se mouvoir relativement à une surface de pièce en étant appliqué à celle-ci sous pression = On propose aussi, selon un mode d'exécution de l'invention, un procédé de finissage d'une pièce con- sistant à utiliser un élément finisseur comprenant un volume de matière élastique contenant de l'abrasif et à imprimer à l'élément finisseur un mouvement relati- vement à une surface de pièce, sous pression. Une particularité de l'invention est que la nature élastique de l'élément finisseur assure un contact de surface au lieu d'un contact linéaire entre l'élément finisseur et la surface de la pièce pendant les opéra- tions de finition sous pression. On comprenda plus complètement l'invention grâce à la description détaillée ci-après, considérée paral- lèlement avec les dessins sur lesquels: La figure 1 est une représentation d'un appareil 2- de finition associé à une pièce et monté sur une frai- seuse à table circulaire de construction classique; La figure 2 est une vue latérale d'un appareil de finition construit et fonctionnant selon un mode d'exécution de l'invention; - La figure 3 est une vue par le bas de l'appareil de finition selon la figure 2; La figure 4 A est une vue par le bas d'une variante d'appareil de finition; La figure 4 B est une représentation schématique d'une autre variante d'appareil de finition; La figure 5 est une représentation détaillée d'une partie d'un appareil de finition La figure 6 est une vue arrachée d'un appareil de finition; Les figures 7, 8 et 9 montrent chacune un mode d'exécution d'élément finisseur; La figure 10 A est une vue latérale en coupe d'un appareil de finition utile avec un tour ou autre machine à tourner; La figure 1 OB est un plan de l'appareil de la figure 10 A dans le-sens indiqué par la flèche B; La figure 11 est une vue latérale d'un outil de finition de la surface intérieure d'une pièce, et Les figures 12 A et 12 B illustrent deux orientations de montage possibles d'un outil de finissage pouvant être positionné de façon réglable, construit et fonc- tionnant selon un mode d'exécution de l'invention. L'invention propose un appareil de finition que l'on peut utiliser au choix pour le meulage et le polis- sage en choisissant convenablement les caractéristiques de l'élément finisseur abrasif élastique Lorsqu'on l'utilise pour le polissage ou le meulage, on assure une pression suffisante pour que l'élément finisseur soit comprimé d'environ 30 à 300 lx, assurant ainsi un contact de surface au lieu d'un contact linéaire entre lrélément finisseur et la surface de la pièce Une telle 11627 -3- technique de polissage assure une réduction d'environ 0,0005 mm et une finition de surface de qualité extrê- mement élevée, de l'ordre de 0,40 à 0,05 p en valeur efficace, de préférence de 0,10 à 0,05 y. Une telle technique de meulage assure une réduc- tion d'environ 5 à 50 ji. On comprend que dans un mode d'exécution de l'invention, l'élément finisseur subit un mouvement complexe relativement à la pièce, ce qui améliore grandement la qualité de finition de la surface Ce mouvement complexe comprend la rotation du carter ou base sur lequel l'élément finisseur est monté, la rota- tion de chaque élément finisseur autour de son axe et le mouvement de la pièce sur une table mobile relati- vement à l'élément polisseur Selon un mode d'exécution préférentiel, la technique de finition comprend une rotation de la base ou du carter en des sens opposés qui peuvent correspondre à des sens opposés de mouve- ment de la pièce sur la table en mouvement. On considèrera maintenant la figure 1 qui montre un appareil de finition construit selon un mode d'exé- cution de l'invention, associé fonctionnellement à une fraiseuse classique de manière à coopérer par rota- tion sous pression avec une pièce L'appareil de fini- tion est indiqué par la référence générale 1 et comprend un corps 3 et une tige 5 qui peut s'insérer dans le mandrin de la fraiseuse 7 pour tourner au choix en des sens opposés autour de l'axe I-I de la broche de la fraiseuse La pièce 64 est de préférence montée sur une table mobile 65 associée à la fraiseuse Normale- ment, on fait tourner initialement l'appareil de fini- tion dans un premier sens, tandis que la table mobile se meut dans un premier sens longitudinal Ensuite, pendant que la table retourne en sens opposé, la rota- tion de l'appareil de finissage peut se faire dans le sens opposé Cette possibilité de deux sens assure des marques de finition dirigées uniformément et statisti- quement. 11627 _ 4- La coopération sous pression de l'appareil de finition avec la surface de la pièce est illustrée sur la figure 1 par la mesure 67 dans laquelle l'élé- ment finisseur indiqué par la référence 68 est comprimé lorsqu'il s'applique à la surface de la pièce Comme on l'a noté plus haut, cette compression est d'environ à 300 ô De préférence, la pression s'exerce perpen- diculairement à la surface de la pièce. On se référera maintenant aux figures 2 et 3 qui illustrent-plus en détail l'appareil de finissage de l'invention L'appareil comprend une base 71 fixée à demeure à une tige 73 et supportant une partie de som- met de carter 74 et une partie de fond de carter 76. Principalement à l'intérieur du carter sont disposés deux éléments finisseurs 75, typiquement en forme de disques annulaires Les éléments 75 sont montés rigide- ment sur des axes respectifs 77 qui sont à leur tour montés sur des paliers dans le carter en vue d'une rotation relativement libre par rapport à celui-ci. Les axes de rotation des deux éléments finisseurs 75 sont identiques et coupent l'axe de rotation du carter indiqué par la référence 79 sur la figure 3. Une caractéristique particulière de l'invention est que les parties supérieure et inférieure de carter 74 et 76 définissent ensemble des moyens permettant de recueillir la matière en particules qui est formée par suite de l'usure des éléments finisseurs élastiques. Comme on le voit sur la figure 3, les éléments finisseurs 75 sont principalement disposés au-dessus de la surface de fond de la partie inférieure de carter 76,et seulement une partie de ces éléments dépassent hors du carter par des ouvertures 81 prévues dans la surface de fond Les ouvertures 81 sont prévues de manière à avoir une surface aussi petite que possible et par suite, elles n'ont qu'une largeur légèrement supérieure à celle des éléments finisseurs, suffisante pour éviter de gêner leur rotation libre La longueur -5- des ouvertures est inférieure au diamètre des éléments finisseurs Ainsi, de la matière en particules engendrée dans une opération de finition par l'usure de l'élément finisseur se rassemble à l'intérieur de la partie infé- rieure de carter 76 de manière à ne pas gêner la fini- tion et à ne pas donner de résultats irréguliers ni causer de dommage à l'appareil. Selon un mode deexécution préférentiel de l'inven- tion, illustré schématiquement par la figure 4 A, les axes de rotation des éléments finisseurs 75 sont déca- lés entre eux et ne coupent pas l'axe 79 Cette absence d'intersection assure un moment vectoriel supplémentaire de mouvement entre l'élément finisseur et la surface de la piècelorsque la base 71 est entraînée en rotation sous pression relativement à la surface de la pièce. La figure 4 B montre un appareil de finition cons- truit et fonctionnant selon une variante du mode dexeé- cution de la figure 4 A Ici, les éléments finisseurs et 82 ne sont pas montés en vue d'une rotation libre indépendante relativement au carter 84 comme sur la figure 4 A 4 mais sont reliés entre eux par une transmis- sion 86, comprenant typiquement un nombre impair ou pair de roues dentées Un nombre pair de roues dentées comprenant les roues 88, 90, 92 et 94 par exemple} est pré- férable car il assuré la rotation des éléments 80 et 82 en des sens respectifs opposés, augmentant l'action de finition On notera que les éléments finisseurs 80 et 82 sont décalés dans uine mesure différente relativement à l'axe de rotation 96 du carter, ce qui assurerait des vitesses de rotation différentes des éléments finis- seurs si ceux-ci n'étaient pas reliés par une transmis- sion fixe On comprend que la transmission peut être conçue de façon tellequ'un rapport fixe et non unitaire de vitesses soit maintenu entre les deux éléments finis- seurs Les deux éléments finisseurs peuvent être cons- truits avec des largeurs différentes et des caractéris- tiques abrasives différentes. 6- La figure 5 montre une construction préférentielle d'une saction (le la partie inférieure de carter 76, dans laquelle un évidement 85 est défini à la périphérie de la partie 76 pour recueillir de la matière en particules le long des parties les plus extérieures de l'intérieur du carter, sous l'influence de forces centrifuges engen- drées par la rotation à grande vitesse du carter pendant le fonctionnement Des parties 87 de la surface infé- rieure du carter, adjacentes aux éléments finisseurs, sont coudées vers le haut pour définir une barrière de manière à empêcher le plus possible la matière en parti- cules de s'échapper du carter La partie inférieure 76 est construite de manière à pouvoir être retirée pour un nettoyage facile. Un autre développement de l'appareil de la figure est représenté par la figure 6 et comprend un carter dont la partie inférieure 53 peut être positionnée de façon choisie relativement aux éléments finisseurs 75 pour compenser l'usure de ceux-ci et par suite, la diminution notable de leur diamètre La partie inférieure 53 est montée élastiquement sur la base 71 au moyen d'une paire de ressorts à lame coudés 55 et elle est fixée à la base au moyen d'une attache filetée 57 La mesure dans laquelle on insère l'attache filetée 57 dans une douille correspondante 59 formée dans la base 71 détermine la disposition relative de la surface inférieure de la partie inférieure 53. Les figures 7, 8 et 9 illustrent différents modes d'exécution d'éléments finisseurs construits et fonc- tionnant selon un mode d'exécution de l'invention. L'élément de la figure 7 a une configuration générale annulaire présentant une section tronconique de largeur croissante et de rayon décroissant et il est formé d'une matière élastique-, typiquement à base de caout- -35 chouc contenant de la matière abrasive, typiquement sous forme de grains, dispersée dans tout son volume utilisable La configuration de la figure 7 est conçue 7- pour maintenir les caractéristiques de fonctionnement de l'élément généralement constantes malgré l'usure et par conséquent la réduction du diamètre de l'élément en service Ainsi, à mesure que l'élément s'use, la même largeur effective et la même pression sont appli- quées à la surface de la pièce. La figure 8 montre une variante d'élément finisseur comprenant un anneau extérieur 61 formé de matière abrasive élastique généralement uniforme du type décrit à propos de la figure 7, ayant de préférence une élas- ticité supérieure à 75 sur l'échelle Shore Le coeur intérieur 63 peut être formé de caoutchouc naturel, par exemple pour l'utilisation dans les applications de polissage Pour l'utilisation dans les applications de meulage, par contre, le coeur, intérieur 63 doit être formé de métal ou de matière plastique dure ou d'une matière similaire>pour assurer un montage précis de l'élément sur un arbre de montageen vue d'un meulage précis On comprend que lorsqu'on utilise pour le meula- ge les éléments finisseurs du type ici décrit, l'élasti- cité est moindre que dans les applications de polissage et l'abrasif est notablement plus rugueux. La figure 9 illustre l'utilisation d'un élément finisseur de forme conique, formé de composition abra- sive élastique généralement uniforme Dans le mode d'exécution représenté, l'élément est disposé de telle sorte que son rayon autour de l'axe de rotation Il-II augmente à mesure que la distance à l'axe de rotation I-I du carter augmente Ainsi, l'élément convient par- ticulièrement à la finition d'angles intérieurs Ou encore, l'élément finisseur de la figure 9 peut avoir une orientation opposée de façon que son rayon autour de son axe de rotation II-II augmente à mesure que la distance à l'axe I-I augmente Ainsi, la valeur absolue de la vitesse de rotation en tous points de la longueur de l'élément est généralement la même. Selon une variante de l'invention, les éléments 11627 _ 8 _ finisseurs peuvent comprendre une base élastique rela- tivement molle présentant une surface extérieure abra- sive La base peut être formée d'un résino de, de caoutchouc ou d'un polyuréthane poreux L'abrasif peut être formé, par exemple, de grains de diamant, de borozone ou de carbure de silicium. On se référera maintenant aux figures 1 OA et 1 OB qui montrent un appareil de finition construit et fonctionnant selon un mode d'exécution de l'invention et comprenant une base 200 sur laquelle sont montés au moins deux éléments finisseurs 210 et 211 Les élé- ments 210 et 211 sont disposés de manière à toucher simultanément une pièce tournante 212 montée de manière à tourner suruntcur classique tel qu'un tour pour métaux. La base 200 est à son tour montée de manière à pouvoir tourner, grâce à des moyens de montage 201 comprenant une broche et une douille 202 et à un ressort de sol- licitation 204 ou dispositif approprié similaire, sur un porte-outil 205 qui peut s'insérer dans une pince porte-outil classique du tour Le ressort 204 est conçu pour maintenir les éléments finisseurs en coopération avec la surface de la pièce. Les éléments 201 et 211 sont reliés entre eux par une transmission comprenant typiquement deux roues dentées 209, qui coopèrent avec des roues dentées cor- respondantes 213 et 215 ayant des nombres de dents différents et montées sur les éléments respectifs 210 et 211 Cette disposition assure que les éléments 210 et 211 se meuvent en sens opposé à des vitesses dif- férentes contre la pièce, assurant ainsi une action de finition renforcée De préférence, le plus rapide des éléments finisseurs se meut avec la pièce avec une coopération généralement exempte de patinage tandis que l'autre se meut contre la surface de la pièce Ou encore, on peut faire en sorte que les éléments 210 et 211 se meuvent dans le même sens à des vitesses dif- férentes. -9- On notera que le mode d'exécution de la figure 4 B, par exemple, peut présenter une transmission similaire. On notera que les éléments finisseurs 210 et 211 sont généralement entourés par un carter 220 qui définit un collecteur pour la matière en particules formée par l'usure des éléments finisseurs Le carter 220 est con- çu pour retenir le plus possible de cette matière en particules qui est propulsée vers l'intérieur du carter par la rotation des éléments finisseurs adjacents 210 et 211 vers l'intérieur Les bords inférieur et supé- rieur 222 sont disposés auprès des éléments finisseurs pour empêcher l'échappement de la matière en particules. En considérant en particulier la figure 10 B, on notera que les éléments finisseurs 210 et 211 sont situés d'un côté de l'appareil à l'endroit du carter collecteur 220 Auprès de ces éléments sont prévusau milieu de l'appareil, les paliers de montage 224 des éléments finisseurs En 226 sont prévues les roues dentées 209, 213 et 215, entièrement isolées de leexté- rieur pour des raisons de sécurité. Une caractéristique particulière de l'invention est que le rapport de la transmission est choisi de façon telle que le rapportdes vitesses superficielles entre les éléments finisseurs 210 et 211 soit d'au moins 1,1. Il faut noter que l'on peut réaliser une qualité de surface améliorée en déplaçant transversalement l'appareil de finition le long de la pièce, en des sens opposés. On comprend que l'appareil des figures 10 A et 10 B peut aussi servir à finir la face terminale plane d'une surface de révolution montée sur un tour, si le carter est disposé de telle sorte que les éléments 210 s'ap- pliquent contre la face plane On peut réaliser une finition de haute qualité de la surface de révolution par un mouvement de va-et-vient axial de l'outil le long de la pièce Cela équivaut au fonctionnement d'une fraiseuse en des sens opposés dans le mode d'exécution de la figure 1. On se référera maintenant à 'a figure 11 qui illustre un outil de finition convenant particulière- ment à la finition des surfaces intérieures d'une pièce. Une pièce 300 présentant un alésage 302 dont on vise à finir la surface intérieure, est fixée dans le man- drin (non représenté) d'un tour classique de manière à tourner autour d'un axe 304 L'outil de finition) indiqué par la référence générale 310,comprend un porte- outil 312 fixé dans une douille de montage appropriée (non représentée) disposée sur le tour Un ensemble de finition 313 est monté sur le porteoutil 312 dans une position angulaire choisie relativement à celui-ci, grâce à un boulon de fixation 314 En desserrant le boulon 314, on peut faire tourner l'ensemble de finition 313 relativement au porte-outil 312 pour définir un angle désiré avec l'axe 304 L Mensemble de broche 317 définit un emplacement de montage 322 disposé symétri- quement autour de l'axe 320 Une tête de finition choi- sie 324 peut être montée en 322 sur l'ensemble de broche 317 de manière à tourner autour de l'axe 320 et être fixée sur l'ensemble de broche au moyen d'une vis de retenue 326. La tête de finition 324 est conçue avec une confi- guration rectiligne définissant une génératrice recti- ligne 328 Une tête finisseuse de configuration tronco- nique est utilisée ici comme on l'a représenté. On notera que l'outil finisseur est un élément passif et s'applique à la pièce avec un mouvement de roulement-patinage comme dans le cas des modes d'exécu- tion décrits plus haut On considèrera maintenant les figures 12 A et 12 B qui montrent-un ensemble de broche 600 et un dispositif de montage de porte-outil 602 associé, en deux positions différentes pouvant être choisies relativement à une pièce 604 montée sur un tour (non représenté) Les 1 1627 il moyens de montage comprennent deux gouttières 606 et 608 faisant entre elles un angle prédéterminé et sur lesquelles un élément de montage 607, attaché de façon fixe à l'ensemble de broche 600, peut être monté de façon choisie en vue d'une disposition angulaire choisie de l'ensemble de broche et de la tête finisseuse 610 relativement à la pièce La figure 12 A indique une orientation dans laquelle les axes de rotation de la pièce et de la tête finisseuse sont situés dans le même plan, tandis que la figure 12 B montre une orientation o les deux axes de rotation sont situés dans des plans différents. L'homme de l'art comprendra que l'invention n'est pas limitée à ce qui est expressément représenté et décrit. 12 - REVENDICATIONS 1. Appareil à finir la surface d'une pièce, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément de montage ( 3) et au moins un élément finisseur abrasif élastique ( 68) monté de manière à pouvoir tourner sur l'élément de montage en vue d'un mouvement relativement à la surface de la pièce ( 64). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément finisseur définit une surface de rotation qui s'applique à la surface de la pièce ( 64). 3 Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'élément finisseur comprend un corps annulaire en matière élastique dans lequel de la matière abrasive est enchassée uniformément. 4. Appareil selon-la revendication 3, caractérisé par le fait que le corps de matière élastique ( 61) chargé d'abrasif s'étend sur la majorité du rayon total de l'élément finisseur. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'élément finisseur comprend une partie centrale de montage ( 63) en matière relati- vement rigide. 6. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'appareil agit de manière à assurer un contact de surface et non un contact liné- aire entre l'élément finisseur et la surface de la pièce. 7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'élément finisseur peut tourner librementrelativement à l'élément de montage, autour d'au moins un axe de rotation. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comporte un premier et un deuxième axes de rotation, l'élément de montage étant disposé de manière à tourner autour d'un premier axe ( 79) et l'élément finisseur étant disposé de manière à tourner relativement à l'élément de montage autour d'un deuxième axe. 1 1627 13 - 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les premier et deuxième axes ne se coupent pas. 10. Appareil selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens per- mettant de recueillir de la matière en particules résul- tant de l'usure du ou des éléments finisseurs ( 75). 11. Appareil selon la revendication 10, caractéri- sé par le fait que les moyens collecteurs de particules comprennent un carter ( 74, 76) monté sur les moyens de montage. 12. Appareil selon la revendication 11, caractéri- sé par le fait que le ou les éléments finisseurs ( 75) sont disposés principalement à l'intérieur du carter et dépassent à l'extérieur de celui-ci à travers des ouvertures généralement rectangulaires ( 81) formées à une surface inférieure du carter. 13. Appareil selon la revendication 12, caractéri- sé par le fait que les ouvertures ( 81) ont une longueur inférieure au diamètre du ou des éléments finisseurs ( 75). 14. Appareil selon la revendication 13, caractéri- sé par le fait que le carter comprend une surface de fond ( 53) pouvant être positionnée de façon choisie relativement au reste du carter (figure 6). 15 Appareil selon la revendication 11, caractéri- sé par le fait que le carter a la configuration voulue pour définir un évidement ( 85) servant à recueillir de la matière en particules formée pendant le fonction- nement (figure 5). 16 Appareil selon l'une des revendications 1 à , caractérisé par le fait que des moyens sont prévus pour assurer la coopération sous pression entre le ou les éléments polisseurs et la surface de la pièce. 17. Appareil selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait qu'il comprend aussi des moyens assurant la rotation de l'élément de montage en des sens opposés. 14 - 18. Appareil selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qu'il assure une finition de surface de 0,05 à 0,40 Ài, et de préférence de 0,05 à 0,10 yi en valeur efficace. 19 Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le ou les éléments finisseurs compren- nent de multiples éléments finisseurs ( 80, 82) et com- prennent aussi des moyens de transmission ( 88, 94) accouplés aux éléments finisseurs pour causer un mouve- ment relatif entre ceux-ci dans une relation prédéter- minée (figure 4 B). 20. Appareil selon la revendication 19, caractéri- sé par le fait que les moyens de transmission agissent de manière à faire mouvoir les différents éléments finis- seurs à des vitesses superficielles différentes. 21. Appareil selon l'une des revendications 19 et -20, caractérisé par le fait que les multiples éléments finisseurs comprennent au moins deux éléments qui se meuvent en des sens opposés. 22 Appareil selon l'une des revendications 19 et , caractérisé par le fait que l'un des éléments finis- seurs ( 210) se meut en coopération sans patinage avec la pièce ( 212) tandis qu'un autre ( 211) de ces éléments se meut contre la pièce. 23 Appareil selon l'une des revendications 19 à 22, caractérisé par le fait que l'élément de montage comprend aussi des moyens permettant de recueillir de la matière en particules résultant de l'usure des élé- ments finisseurs. 24 Appareil selon l'une des revendications 19 à 23, caractérisé par le fait que les moyens de montage comprennent aussi un ressort de sollicitation ( 204) servant à maintenir les éléments finisseurs en coopéra- tion avec la surface d'une pièce. 25 Procédé de finition d'une pièce, caractérisé par le fait que l'on utilise un appareil selon l'une des revendications 1 à 25 pour causer un mouvement d'un - élément finisseur tandis qu'il s'applique sous pression à la surface d'une pièce. 26. Appareil selon la revendication 19, caractéri- sé par le fait que la rotation des multiples éléments finisseurs est assurée uniquement par leur coopération de frottement avec une pièce en mouvement.