Brevet FR2527961A1 — publié le 19831209

l Procédé et dispositif d'usinage électrique avec détoxication par laser des gaz dégagés. La présente invention concerne le domaine de l'usinage élec- trique et, plus particulièrement, un nouveau procédé et un nouveau dispositif perfectionnés d'usinage électrique utilisant ou comportant des moyens évitant efficacement la pollution et pouvant également servir pour empêcher les incendies. Dans le domaine de l'usinage électrique, on a depuis long- temps constaté que des gaz toxiques ou nocifs se déga- geaient de l'intervalle d'usinage en travers duquel passait un courant électrique entre une électrode-outil et une pièce à usiner pour enlever par érosion de la matière sur la pièce. L'intervalle d'usinage est balayé par un liquide d'usinage spécifique qui est décomposé en ces gaz du fait du passage du courant électrique d'usinage Par exemple, dans l'usinage par décharges électriques, le liquide d'usinage peut avanta- geusement être du kérosène, de l'huile de transformateur ou un hydrocarbure similaire, qui est décomposé pour produire, entre autres, des composants gazeux (par exemple propane, hexane, benzène, etc) qui sont toxiques et également in- flammables Bien qu'on puisse employer un liquide d'usinage par décharges électriques composé principalement d'eau, le- quel liquide est inoffensif et non-inflammable, on a trouvé qu'il était souhaitable, pour augmenter le rendement d'usinage, d'inclure dans ce liquide à base d'eau une certaine proportion d'un ou de plusieurs de ces hydrocarbures, ou d'huiles aux silicones, lesquels, en se décomposant, dégagent des compo- sants gazeux, tels qu'oxyde de carbone, lesquels sont à nouveau dangereux pour la vie et l'environnement Dans l'usinage électrochimique, l'usinage par décharges et élec- trochimique, la rectification électrochimique et la recti- fication par décharges et électrochimique, des nitrures, nitrates et carbonates sont les principaux composés d'addi- tion électrolytiquesutilisés, qui permettent d'obtenir d'ex- cellents résultats d'usinage, mais qui, lors de la décompo- sition par électrolyse ou par décharges,dégagent des oxydes d'azote (N Ox) et de l'oxyde de carbone, lesquels gaz sont toxiques. Dans les installations d'usinage électrique classiques,ou bien on laisse simplement se dégager ces gaz toxiques ou nocifs, ce qui pollue l'atmosphère dans la région de l'ins- tallation, ou bien on les traite, ce qui coûte très cher, mais ne permet que de façon limitée de les rendre non toxiques ou inoffensifs. La présente invention vise à procurer un nouveau procédé amélioré d'usinage électrique, grâce auquel les gaz toxiques ou nocifs dégagés de l'intervalle d'usinage électrique sont décomposés pratiquement en leurs éléments constitutifs, lesquels sont inoffensifs ou sans danger. La présente invention vise également à procurer un nouveau dispositif amélioré d'usinage électrique, comportant des moyens relativement simples et économiques, capables de décomposer avec un bon rendement ces gaz dangereux en leurs éléments constitutifs. Sous un premier aspect de la présente invention, il est pro- curé un procédé pour usiner électriquement une pièce, dans lequel on fait passer un courant électrique d'usinage en travers d'un intervalle d'usinage balayé par un liquide d'usinage entre une électrode-outil et la pièce à usiner pour décomposer le liquide d'usinage tout en enlevant par érosion de la matière sur la pièce, d'o il résulte un déga- gement de gaz toxiques ou nocifs de cet intervalle d'usi- nage, procédé dans lequel: on recueille les gaz provenant de l'intervalle d'usinage électrique dans un espace situé immédiatement au-dessus du liquide d'usinage de balayage, on empêche les gaz ainsi recueillis de s'échapper direc- tement dans l'atmosphère, et on fait passer les gaz recueil- lis à travers un conduit de fluide isolé de l'atmosphère tout en appliquant un faisceau laser sur les gaz circulant à travers ce conduit pour décomposer au moins la plus grande partie du courant de ces gaz toxiques ou nocifs en leurs éléments constitutifs. , Sous un deuxième aspect, l'invention procure un dispositif d'usinage électrique, dans lequel on fait passer un courant électrique d'usinage en travers d'un intervalle d'usinage balayé par un liquide d'usinage entre une électrode-outil et la pièce à usiner pour décomposer le liquide d'usinage tout en enlevant par érosion de la matière sur la pièce, d'o il résulte un dégagement de gaz toxiques ou nocifs de cet intervalle d'usinage, ce dispositif comportant des moyens pour recueillir les gaz provenant de l'intervalle d'usinage électrique dans un espace situé immédiatement au- dessus du liquide d'usinage de balayage, et pour empêcher ces gaz de passer directement dans l'atmosphère, des moyens de conduit de fluide pour faire communiquer cet espace avec l'atmosphère et laisser circuler les gaz au travers de ces moyens de conduit jusque dans l'atmosphère, et des moyens laser pour irradier le courant de gaz toxiques ou nocifs avec un faisceau laser pour décomposer au moins la plus grande partie de ces gaz en leurs éléments constitutifs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin joint, sur lequel la figure unique est une vue schématique en coupe partielle, représentant schématiquement un dispositif d'usinage élec- trique comportant les caractéristiques de la présente invention. En se reportant maintenant au dessin, un dispositif d'usinage électrique 1 comporte une cuve 2 contenant un liquide d'usi- nage 3 dans lequel est fixée et immergée une pièce à usiner 4 Une électrode-outil 5 est juxtaposée à la pièce 2, à une petite distance de celle-ci t dans le liquide 3, et elle est portée par une broche porteoutil 6, qui peut être déplacée verticalement par un entraînement d'outil 7 pour faire avan- cer l'électrode-outil 5 dans la pièce 2 au fur et à mesure de l'enlèvement de matière de celle-ci La cuve 4 est montée sur une table de travail 8, qui peut être déplacée horizon- talement par deux moteurs 9 et 10 sur un banc de machine 11 pour amener la pièce 4 en position d'usinage Une pompe 13 refait le plein de la cuve 2 en liquide d'usinage 3 provenant d'un réservoir 12 Une source de courant 14 fait passer un courant électrique d'usinage entre l'électrode- outil 5 et la pièce 4 pour enlever par érosion de la matière sur la pièce 4 et en même temps pour décomposer le liquide d'usinage 3 balayant l'intervalle d'usinage en gaz qui comportent des composants gazeux toxiques ou nocifs. Les gaz G dégagés de l'intervalle d'usinage sont recueillis dans une chambre ou espace 15 situé immédiatement au-dessus de la masse de liquide d'usinage 3, un couvercle 16 empêchant les gaz recueillis de s'échapper directement dans l'atmosphère Ici, un manchon à soufflet 17 est fixé à l'une de ses extrémités au couvercle 16 et à l'autre extré- mité à la tête de machine 7, entourant la broche 6 qui passe à travers une ouverture 16 a formée dans le couvercle de façon à pouvoir se déplacer librement verticalement tout en assurant l'étanchéité au fluide de la chambre 15. _ 7961 Une extrémité d'un conduit d'évacuation 18 est également fixée au couvercle 16; le conduit est réalisé au moyen d'une combinaison d'éléments en U, et il procure un passage allon- gé 19 à l'effluent gazeux G recueilli dans la chambre 15 et qui doit être évacué L'autre extrémité du conduit 18 communique avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un fil- tre 20. Un générateur laser 21 est monté sur un épaulement du con- duit d'évacuation 18 et produit un faisceau laser 22 qui est réfléchi par un miroir 23 ayant la forme d'un prisme de façon à être projeté dans le passage de fluide 19 à travers une portion de paroi transparente du conduit 18. D'autres miroirs ou prismes 24 et 25 sont disposés dans le passage 19 aux angles du conduit 18 pour réfléchir le fais- ceau-laser 22 le long du passage 19 de telle sorte que les gaz G aspirés à travers le passage 19 peuvent être soumis complètement au rayonnement du faisceau laser 22 En outre, des vibreurs électromécaniques 26 et 27 sont fixés respec- tivement aux miroirs 23 et 25 de façon à faire osciller latéralement l'axe optique du faisceau laser 22, augmentant ainsi l'efficacité de l'irradiation par le faisceau laser des gaz G circulant le long du passage 19. Lorsque le dispositif représenté est en service, les produits d'usinage sont emportés de l'intervalle d'usinage par le liquide d'usinage de balayage Les composants solides de ces produits peuvent se déposer par gravité pour retourner au réservoir 12 après filtration, tandis que les gaz, vapeurs et buéeg,flottent sur la surface de la masse de liquide 3 et sont recueillis dans la chambre 15 Les types de gaz G sont fonction du type particulier du liquide d'usinage 3 utilisé; en général ces gaz comportent H 2, C 6 H 6, C 3 H 8, C 6 H 12, C 8 H 14, CH 30 H, CO, C 02 et N Ox, qui, pour la majorité, sont soit toxiques, soit inacceptables pour la vie En outre, les hydrocarbures gazeux sont extrêmement inflammables et explosent au contact des décharges d'étincelles dans l'in- _ 7961 tervalle d'usinage. Pendant leur aspiration le long du passage 19, les gaz G contenant ces composants sont soumis au rayonnement du fais- ceau laser 22 et sont ainsi décomposés en leurs éléments constitutifs, à savoir oxygène, carbone, hydrogène et azote. Le filtre 20 sert à recueillir et adsorber le carbone ainsi que les buées résiduelles et quelques autres composants non gazeux résiduels Ainsi, c'est un fluide propre qui sort du système de conduit d'évacuation 18, 19 et 20. EXEMPLE I En utilisant une huile de transformateur comme liquide d'usi- nage, on usine une pièce en acier 4 par usinage par décharges électriques avec une électrode en laiton 5 L'effluent gazeux G recueilli dans la chambre 15 contient, en poids, 0,02 % d'oxyde de carbone, 20 % d'hydrogène, 30 % de propane (C 3 H 8), 13 % de cyclohexane, 22 % d'hexane (C 6 H 14) et 14,98 % d'autres produits, y compris du benzène (C 6 H 6) L'effluent gazeux est aspiré à travers un passage 19 et y est irradié par le fais- ceau d'un laser YAG (gaz) de 100 W Il en résulte que 78 % des composés gazeux (autres que l'hydrogène) sont décom- posés en hydrogène et carbone Lorsqu'on impartit aux miroirs 23 et 25 des vibrations mécaniques d'une fréquence de 38 k Hz par les vibreurs 26 et 27, le taux de décomposition est por- té à 98 %. EXEMPLE II En utilisant de l'eau du robinet désionisée pour avoir une résistance spécifique de 104 ohm-cm et contenant 1 % en poids d'huile aux silicones, on usine électriquement une pièce en acier 4 avec une électrode en graphite 5 L'effluent gazeux G recueilli dans la chambre 15 contient, en poids, 95 % de vapeur d'eau, 0,8 % de gaz carbonique, 3 % d'hydrogène, 0, 01 % d'oxyde de carbone et 0,119 % d'autres produits L'effluent gazeux G est traité comme dans l'exemple I avec un faisceau laser identique On trouve que les gaz traités ne contien- nent qu'une trace d'oxyde de carbone. La présente invention procure donc un nouveau procédé et un nouveau dispositif améliorés et utiles pour l'usinage électrique avec des moyens pouvant, de façon effective et efficace, assurer l'antipollution, ainsi que des opérations d'usinage en toute sécurité. Revendications. 1 Procédé pour usiner électriquement une pièce, dans lequel on fait passer un courant électrique d'usinage en travers d'un intervalle d'usinage balayé par un liquide d'usinage entre une électrode-outil et la pièce à usiner pour décom- poser le liquide d'usinage amené et enlever par érosion de la matière sur la pièce, d'o il résulte un dégagement de gaz toxiques ou inacceptables de cet intervalle d'usinage, caractérisé en ce que: on recueille les gaz dans un espace situé immédiatement au-dessus du liquide d'usinage de balayage et on empêche les gaz recueillis de s'échapper directement dans l'atmosphère;et on fait passer les gaz recueillis à travers un passage de fluide isolé de l'atmosphère, tout en irradiant avec un faisceau laser les gaz circulant à travers ce passage pour décomposer au moins la plus grande partie des gaz toxiques ou inacceptables en leurs éléments constitutifs. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait osciller latéralement le faisceau laser pour augmenter l'efficacité d'une irradiation complète de ces gaz par le faisceau. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on évacue les gaz irradiés dans l'atmosphère après fil- tration de leurs composants non gazeux. 4 Dispositif d'usinage électrique, dans lequel on fait passer un courant électrique d'usinage en travers d'un intervalle d'usinage balayé par un liquide d'usinage entre une électrode- outil ( 5) et la pièce à usiner ( 4) pour décomposer le liquide d'usinage amené et enlever par érosion de la matière sur la pièce, d'o il résulte un dégagement de gaz (G) toxiques ou inacceptables de l'intervalle d'usinage, caractérisé en ce 796 qu'il comporte des moyens ( 16) pour recueillir les gaz déga- gés (G) dans un espace ( 15) situé immédiatement au-dessus du liquide d'usinage de balayage et pour empêcher les gaz de passer directement dans l'atmosphère; des moyens de con- duit de fluide ( 18) pour faire communiquer cet espace ( 15) avec l'atmosphère à travers un passage de fluide allongé ( 19) et en aspirant les gaz à travers ce passage; et des moyens laser ( 21) pour irradier les gaz circulant le long de ce passage avec un faisceau laser ( 22) pour décomposer au moins la plus grande partie des gaz toxiques ou inacceptables en leurs éléments. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 26, 27) pour faire osciller laté- ralement l'axe optique de ce faisceau laser. 6 Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel les moyens de conduit ( 18) se présentent sous la forme d'une combinaison d'éléments en U, caractérisé en ce qu'il comporte une multiplicité de miroirs ( 24, 25), disposés dans les portions coudêes des moyens de conduit pour réfléchir le faisceau laser de façon à ce qu'il passe le long du passage ( 19). 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens oscillants comportent des vibreurs ( 26, 27) individuellement fixés sur au moins certains des miroirs ( 23, 25) pour leur communiquer des vibrations mécaniques. 8 Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication , caractérisé en ce qu'il comporte des moyens filtrants ( 20) disposés dans le côté sortie des moyens de conduit pour filtrer les composants non gazeux des gaz irradiés au laser.