Brevet FR2538282A1 — publié le 19840629

L'invention porte sur un procédé et sur un dispositif de tournage de creusets, avec peu-de pertes, dans des blocs de matière pouvant être façonnée par tournage, en particulier du graphite. Dans la technique d'emploi du silicium, surtout la fabrication de matériaux semi-conducteurs et solaires, il est apparu que les creusets en graphite conviennent particulièrement pour contenir du silicium en fusion. On a souvent besoin de creusets en graphite de ce genre dans des dimensions considérables, allant jusqu'à environ 60 cm de diamètre et 60 cm de hauteur ; avec le procédé usuel, aujourd'hui, ils sont fabriqués#à partir de blocs de graphite massifs d'une taille appropriée. Par enlèvement de matière, on retire tout l'intérieur du bloc, avec une perte de matière pouvant aller jusqu'à 80 %, jusqu'à ce que la forme creuse désirée soit obtenue. Cependan#t, un pareil gaspillage d'une précieuse matière première n'est plus tolérable étant donné que les matières premières deviennent de plus en plus rares et de plus en plus chères. Le but de l'invention était donc d'indiquer un procédé permettant de réduire nettement les pertes de matière lors du tournage de creusets à partir de blocs, en particulier des blocs de graphite, mais aussi d'autres matières pouvant être façonnées par tournage. Ce but est atteint grâce à un procédé qui est caractérisé en ce qu'on pratique dans le bloc choisi, jusqu'à la profondeur voulue du creuset, une fente annulaire dont le diamètre extérieur est choisi gal au diamètre intérieur désiré du creuset, en ce que la' matière enlevée est retirée de la fente annulaire, en ce qu'il est prévu un dispositif servant à recueillir le noyau cylindrique du bloc, qui est entouré par la fente annulaire, ence'#que ce noyau est séparé du reste du bloc au voisinage de la profondeur désirée pour le creuset et en ce que le noyau cylindrique du bloc séparé du reste et tenu par le dispositif récepteur est retiré. De manière générale, ce procédé convient pour toutes les matières donnant des copeaux courts et pouvant être usinées par tournage, donc, par exemple, les métaux non ferreux et leurs alliages, les métaux légers et leurs alliages, les aciers donnant des copeaux courts, mais aussi le bois, les matières plastiques comme le chlorure de polyvinyle, le polyéthylène, le polytétrafluoréthylène (',Téflon") ou les matières comme le graphite ou le nitrure de bore. Néanmoins, comme, pour plusieurs de ces matières, il existe d'autres méthodes moins coûteuses pour fabriquer des creusets, le procédé de l'invention sera utilisé surtout pour des matières avec lesquelles il est particulièrement avantageux de fabriquer le creuset par tournage, donc, par exemple, le polytétrafluoréthylène et, spécialement le graphite.C'est pourquoi, pour simplifier, dans la suite de la présente demande, il ne sera plus question que de la fabrication de creusets en graphite selon l'invention, sans que cela exclue la fabrication de creusets à partir des autres matières qui conviennent, fabrication qui, d'une façon générale, est également possible. Pour fabriquer des creusets conformément à l'invention, on commence par monter un bloc de graphite de grosseur appropriée, de la façon habituelle, sur un tour et on le met en rotation. A l'aide d'un outil à saigner convenant, par sa dureté et par sa forme, pour l'usinage du graphite, on pratique ensuite une fente annulaire dans le bloc jusqu'à la profondeur souhaitée pour le creuset.En particulier dans le cas de profondeurs importantes du creuset, il est indiqué, pour éviter des ruptures ou des percements, par exemple de la paroi ou du fond du creuset,au de l'outil de saignée,de retirer de la fente annulaire la matière détachée, par exemple à la main ou au moyen d'un dispositif d'enlèvement à vis sans fin; toutefois, la solution consistant à aspirer la matière wenlevie a particulièrement fait ses preuves, car elle permet aussi de maintenir à un faible niveau la nuisance due à la poussière. Il est avantageux que la fente annulaire ait des dimensions telles que son diamètre extérieur soit à peu près identique au diamètre intérieur désiré du creuset à fabriquer. Sa largeur doit permettre d'introduire un outil à tronçonner approprié pour la séparation ultérieure du noyau du bloc et du fond du creuset et, le cas échéant, un dispositif servant à prendre le noyau ainsi détaché. Naturellement, on s'efforcera de faire une fente annulaire de largeur aussi faible que possible afin de réduire au minimum les pertes de matière. Avant la suppression de la liaison résiduelle entre le reste du bloc et son noyau cylindrique, entouré par la fente annulaire, vers la profondeur souhaitée pour le creuset, le noyau du bloc est pourvu d'un dispositif récepteur, soit en même temps que l'on pratique la fente annulaire, soit juste après cela. Ce dispositif a pour rôle de soutenir le noyau du bloc lors de la phase finale de la séparation et dUempEcher la chute du noyau séparé du reste, ce qui endommagerait ce reste, qui correspond déjà sensiblement au creuset désiré, ou que le-noyau du bloc lui-même subisse des dommages. Par exemple, Si sa qualité de surface est suffisante, le noyau du bloc peut être maintenu par un dispositif récepteur à vide.Une autre possibilité consiste à intro- duire dans un trou central, de profondeur suffisante, pratiqué dans le noyau du bloc, une tige de maintien permettant de tenir le noyau après sa séparation du reste. Enfin, il est aussi possible de recevoir le noyau séparé depuis la fente annulaire. Dans ce but, il est avantageux d~introduire autour du noyau en rotation un tube cylindrique de maintien dont le diamètre intérieur n'est que légèrement supérieur au diamètre extérieur du noyau. Ce dernier peut être aussi maintenu par plusieurs tiges introduites dans la fente annulaire. Pour séparer le noyau du reste du bloc, on introduit un outil dit outil à tronçonner jusqu'à la profondeur souhaitée pour le creuset, dans la fente annulaire-. Il est judicieux que cet outil 8 tronçonner soit constitué par une tige de maintien à l'extrémité inférieure de laquelle se trouve un bras pivotant plat et courbé, perpendiculaire à la tige de maintien, et dont la courbure s'adapte à la fente annulaire. L'extrémité de ce bras pivotant est constituée par un outil de coupe de forme spéciale qui, à partir de la fente annulaire, progresse vers l'intérieur du noyau cylindrique du bloc-quand, par rotation de la tige de maintien, on déplace le bras pivotant en direction de l'axe de rotation du bloc. Il- est indiqué de choisir la longueur du bras pivotant de telle manière que l'arête de coupe de l'outil passe à travers l'axe de rotation du bloc lors de son pivotement Lors de l'opération de séparation, en faisant tourner la tige de maintien, par exemple à la main, le bras pivotant portant 1 a outil de coupe est amené peu à peu de l'extérieur du noyau cylindrique du bloc vers l'intérieur, au voisinage -de la pro fondeur désirée du creuset.Cela se fait soit pas à pas, par l'intermédiaire d'un dispositif mécanique de décalage, soit, ce qui est avantageux, de façon continue au moyen d'un moteur électrique de décalage Cela enlève peu à peu la matière qui relie le noyau cylindrique du bloc au reste de ce bloc, jus- qu'à ce que, finalement, le noyau soit complètement séparé du reste et ne soit plus maintenu que par le dispositif de maintien que l'on a choisi Il peut alors être retiré sans problème et' réutilisé Il est avantageux d'utiliser les noyaux de blocs ainsi prélevés comme point de départ pour continuer à fabriquer des creusets. A l'aide du procédé de l'invention, on peut ainsi obtenir une série de creusets de grandeurs décroissantes, à partir d'un bloc qui, jusqu'à présent, ne permettait. de fabriquer qu'un seul creuset. Le reste du bloc qui demeure après que l'on a prélevé son noyau correspond en général, par ses dimensions intérieures et extérieures,# par exemple l'épaisseur de sa paroi où de son fond, au creuset désiré. Le cas échéant, un traitement de finition permet encore de modifier la forme de la paroi ou du fond, par exemple pour les arrondir ou les lisser. Après cela, le creuset peut subir un traitement supplémentaire, par exemple recevoir un revêtement, ou être utilisé. En principe, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre en utilisant, les uns après les autres ou simul tanément, différents outils comme un outil à tronçonner et un outil à saigner, un dispositif d'aspiration et un dispositif de maintien. Il est néanmoins plus avantageux de regrouper ces différentes fonctions pour constituer un dispositif unique de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Les figures 1 et 2 représentent schématiquement un dispositif de ce genre, qui réunit-les différentes fonctions nécessaires à l'exécution du procédé de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif de ce genre. La figure 2 est une vue du dessus de la face frontale de ce dispositif. Selon la figure 1, il est judicieux d'avoir un cylindre creux l à double paroi, constitué par deux tuyaux 2 et 3 concentriques, par exemple en acier spécial A son extrémité arrière, le cylindre creux est fermé par le couvercle 4 et il peut être monté sur la contre-poupée d'un tour, par exemple au moyen du cône Morse 5. Le coté frontal du cylindre creux est sa surface de travail proprement dite. L'outil à saigner 6 en dépasse ainsi que le bras pivotant 8 de l'outil a tronçonner 9. Pour plus de clarté, le bras pivotant 8 est représenté tourné vers l'intérieur. il est perpendiculaire à la tige de maintien 7. Le moteur de pivotement 10 se trouve à l'extrémité supérieure de la tige de maintien; ici, il n'est représenté que schématiquement. La vue de dessus de la figure 2 représente le. côté frontal du cylindre creux 1 formé par les deux tuyaux concentriques 2 et 3. L'outil à saigner 6, qui sert à faire la fente annulaire, et l'outil à tronçonner 9, qui sert à séparer le noyau du bloc du reste, avec le bras pivotant courbé et l'outil de coupe 11, sont fixés dans ce cylindre creux, du côté frontal. il est également judicieux qu'il y ait une ouverture d'aspiration 12 servant à évacuer -la matière détachée par l'outil à tronçonner et l'outil à saigner.Les éléments d'écartement 13, par exemple tubulaires assurent une distance aussi uniforme que possible entre les tuyaux concentriques. Pour fabriquer un creuset à partir d'un bloc de graphite, à l'aide du dispositif de l'invention, celui-ci est fixé a la contre-poupée d'un tour, par exemple au moyen du cône qui se trouve sur le couvercle. Le bloc de graphite choisi est monté de la manière habituelle sur ce tour. il est judicieux de choisir la largeur de coupe de l'outil à saigner fixé au côté frontal du cylindre creux de telle manière qu'elle dépasse légèrement l'épaisseur totale de paroi de -celui-ci, c'est- -dire qu'elle la dépasse d'environ 0,1 à 2 mm. Cela garantit que le cylindre creux peut être introduit dans la fente annulaire sans gêner la rotation de la pièce à usiner. En outre, un espace intercalaire aussi étroit, par rapport au noyau du bloc, empêche qu'il soit endommagé lors de la séparation.Il est indiqué que l'outil a saigner ne soit pas monté à demeure sur le cylindre creux, par exemple soudé, mais qu'il y soit fixé de façon à pouvoir être remplacé, par exemple par vissage. Cela permet, sans perte de temps importante, d'enlever l'outil à saigner s'il est émoussé, de le remplacer et de le réaffûter. Pour réaliser la fente annulaire, on fait avancer le dispositif par rapport au bloc de graphite en rotation, pas à pas ou, de préférence, de façon continue, jusqu'à ce que la profondeur de pénétration désirée soit atteinte. D'une façon générale, on peut recourir, par exemple, à un dispositif d'avance à actionnement manuel, hydraulique, pneumatique ou, ce qui est préférable, électrique. Le cas échéant, ce dispositif d'avance peut être relié- à un système de commande par calculateur. Il est avantageux d'aspirer la matière enlevée par au moins un puits pratiqué dans le cylindre creux et relié à un dispositif d'aspiration, par exemple un aspirateur ou autre. Cette mesure, qui n'est pas prescrite de façon obligatoire, présente en particulier l'avantage que la poussière produite ou les copeaux, ou les deux, peuvent être évacués avec efficacité et sans que le personnel d'utilisation subisse des nuisances. Quand la profondeur voulue de la fente annulaire a été atteinte, on commence à enlever la matière constituant la liaison entre le noyau du bloc, qui est entouré par le cylindre creux, et le reste du bloc. Dans ce but, l'outil de coupe monté sur le bras pivotant courbé de l'outil à tronçonner est mis en contact avec le noyau du bloc et enfoncé peu à peu vers l'intérieur. Cela se fait en tournant la tige de maintien montée sur le bras pivotant, perpendiculaire à celui-ci et logée entre les parois du cylindre creux, par exemple par montage dans deux paliers.Pour cela, un levier peut être monté, par exemple, sur la tige de maintien, à l'extérieur du cylindre creux, levier sur lequel on exerce, par exemple a la main, une pression pendant l'opération de séparation, pression qui est transmise au bras pivotant et à outil de coupe par l'intermédiaire de la tige de maintien il est également possible de produire la rotation au moyen d'un engrenage à vis sans fin autobloquant monté à l'extré- mité de la tige de maintien et que l'on peut faire tourner pas à pas, par exemple manuellement Il est cependant plus avantageux de faire tourner la tige de maintien de façon continue au moyen d'un système d'entraînement électrique, pneumatique ou hydraulique, de préférence commandé par un calculateur. il est judicieux de, prévoir aussi une possibili te de déplacer l'outil à tronçonner selon lCaxe de lå tige de maintien. En effet, cela permet, Si l'outil à tronçonner est de forme appropriée, de donner au fond une forme arrondie dès l'opération de séparation. il est également indiqué d'empêcher, par un système de blocage approprié, que le bras pivotant puisse être déplacé vers l'extérieur, au-delà du périmètre du cylindre creux, car il pourrait alors endommager le creuset. Cela peut être réalisé d'une façon semple avec une paroi extérieure du cylindre creux qui couvre de l'extérieur la zone du bras pivotant. Avec un développement du dispositif de l'inven- tion, il est prévu de réunir l'outil à tronçonner et l'outil #à saigner en un seul outil à façonner qui permet de réaliser aussi bien la fente annulaire que la séparation du noyau du bloc. Il est indiqué d'adapter la forme de l'outil de coupe aux différents rayons du creuset et du mouvement de pivotement qui doit#être effectué. I1 est avantageux que, moyennant une arête de coupe dépassant le bras pivotant légerement des deux côtés, par exemple de 0,1 à 1 mm, on soit assuré que l'épaisseur de la fente pratiquée dEpasse d'épais- seur du bras pivotant. Quand l'arête de coupe atteint l'axe de rotation du bloc de graphite la liaison entre le noyau du bloc et le reste de ce bloc est suppr'imée. Le noyau ainsi séparé est recueilli, sans être endommagé, par la paroi intérieure du cylindre creux, qui lQentoufieà une distance extrêmement faible. Après 1 t achèvement de la séparation, le dispositif de l'invention est ramené dans sa position de départ, avec le noyau du bloc qu'elle maintien. On peut ensuite fabriquer un autre creuset à partir du noyau du bloc retiré, par exemple à l'aide d'un dispositif correspondant plus petit. Grâce à la précision qui peut être obtenue avec le présent procédé, le reste du bloc peut en général être utilisé de la façon prévue sans qu'un autre façonnage soit nécessaire. Les dimensions extérieures du cylindre creux à double paroi sont essentiellement fonction du diamètre intd rieur et de la profondeur du creuset désirée Naturellement les creusets d'une profondeur inférieure à la profondeur maximale possible peuvent être fabriqués avec le même dispo sitif. On choisit la distance entre les parois extérieure et intérieure du cylindre creux, et, en conséquence, la largeur de l'outil à saigner, de telle façon que le bras pivotant de l'outil à tronçonner, l'outil de coupe, la tige de maintien ainsi que, le cas échéant, le puits d'aspiration puissent être logés sans gêner le fonctionnement du dispositif.Les dimensions nécessaires sont aussi fonction de la matière à usiner et des dimensions du creuset et il faut les adapter aux nécessités de chaque cas. Avec le procédé de l'invention et le dispositif permettant de l'appliquer, on peut réduire considérablement les pertes de matière lors de la fabrication de creusets par tournage de blocs massifs. Alors que, jusqu'à présent, il fallait enlever par usinage la totalité du noyau au bloc, à présent, seule est perdue la matière enlevée lorsqu'on pratique la fente annulaire et lorsqu'on sépare le noyau du reste du bloc, tandis que le noyau proprement dit est préservé et peut être réutilise. Exemple de réalisation Un bloc de graphite fortement comprimé (diamètre environ 430 mm, hauteur environ 350 mm) a été monté sur tour et mis en rotation (environ 150 t/mn). Le dispositif prévu pour l'usiner était constitué par deux tuyaux en acier de 2 mm d'épaisseur chacun placés concentriquement l'un dans l'autre, à environ 20 mm de distance, au moyen de six éléments d'écartement en forme de nervures. Le diamètre du tuyau intérieur était d'environ 301 mm, celui du tuyau extérieur d'environ 349 mm. Le cylindre creux ainsi formé était fermé, d'un côté, par une plaque d'acier avec un cône Morse monté dessus. La plaque d'acier était pourvue d'une tubulure d'aspiration par laquelle la poussière de graphite produite entre les parois cylindriques était aspirée par une soufflante d'aspiration, en partant d'un puits d'aspiration à l'intérieur de l'espace formé par les parois cylindriques.Sur le côté frontal du cylindre creux, un outil à saigner amovible (largeur de coupe 25 mm) était fixé par vissage de telle façon que son arête de coupe dépasse à l'intérieur et l'extérieur d'environ 0,5 mm des parois du cylindre creux. Une tige de maintien en acier placée dans des paliers aux deux extrémités, décalée de 1800 par rapport à cet outil, passait dans le cylindre creux; on pouvait la faire tourner au moyen d'un engrenage à vis sans fin autobloquant situé à son extrémité supérieure. Ce mouvement de rotation se transmettait au bras pivotant (section rectangulaire de 15 x 6 mm) de l'outil à tronçonner fixé à l'autre extrémité de la tige. Le bras pivotant était courbé d'une façon correspondant au rayon du cylindre, et son extrémité formait un outil de coupe ayant une arête de coupe détalonnée d'environ 7 mm de largeur. Ce dispositif fixé sur la contre-poupée du tour a tout d'abord été introduit, à l'aide de la broche de la contre-poupée, dans le bloc en rotation, en l'espace d'environ 2 minutes, jusqu'à une profondeur de 310 mm La poussière de graphite produite était aspirée. Ensuite, par actionnement continu de l'engrenage à vis sans fin, en l'espace d'environ 2 minutes, le bras pivotant de l'outil à tronçonner a été amené de la fente annulaire à l'axe de rotation et, sur une largeur de fente d'environ 7 mm, il a supprimé la liaison entre le noyau du bloc tournant librement à 1'interieur du cylindre creux et le reste du bloc. Après le passage de l'arête de coupe de l'outil de coupe à travers l'axe de rotation du bloc, le noyau de ce bloc était entièrement séparé du reste, et il fut recueilli à l'intérieur du cylindre creux. Ensuite, le dispositif, avec le noyau séparé, a été ramené dans sa position de départ et on a retiré le noyau. Ce qui restait du bloc était le creuset en graphite désiré, de 430 mm de diamètre 350 mm de hauteur et 40 mm d'épaisseur de paroi et de fond. A partir du noyau séparé du reste du bloc, on a fabriqué, à l'aide d'un dispositif approprié conforme à l'invention; plus petit, en utilisant le même procédé, un creuset d'environ 300 mm de hauteur, 300 mm de diamètre et 40 mm d'épaisseur de paroi. REVENDICATIONS 1.- Procédé de tournage de creusets, avec peu de pertes, dans des blocs de matière pouvant être façonnée par tournage,- caractérisé en ce qu'une fente annulaire est pratiquée dans le bloc choisi jusqu"# la profondeur désirée du creuset, fente annulaire dont le diamètre extérieur est choisi égal au diamètre intérieur souhaité du creusate en ce que la matière enlevée est évacuée de la fente annulaire, en ce qu'il est prévu un dispositif servant à recueillir le noyau cylindrique du bloc qui est entouré par la fente annulaire, en ce que ce noyau est séparé du reste au bloc dans la zone de la profondeur souhaitée pour le creuset et en ce que le noyau cylindrique du bloc séparé, maintenu par le dispositif de maintien; est retiré. 2. Dispositif servant à appliquer le procédé de la revendication 1, constitué par un cylindre creux (1) double paroi, avec un outil à saigner (6) monté sur sa surface frontale et un outil à tronçonner (9) pouvant pivoter vers l'axe de rotation. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un puits est pratiqué dans le cylindre creux pour aspirer la matière enlevée