Brevet FR2540421A1 — publié le 19840810

La présente invention se rapporte, d'une manière géné- rale,au découpage de matières en feuille fibreuses, en parti- culier des matières, utilisées dans les industries aérospa- tiales, du type comportant des fibres de bore ou de graphite disposées côte à côte dans une matrice de résine époxyde Plus précisément, la présente invention se rapporte à un nou- veau procédé pour découper une telle matière à fibres orien- tées avec une lame encochée déplacée de telle sorte par rap- port à la matière que les côtés supérieur et inférieur de l'encoche tranchent la matière le long d'une ligne de coupe qui peut être orientée à un angle quelconque par rapport à l'orientation des fibres. Les lames encochées sont connues du fait-de brevets antérieurs, tels que le brevet des EUA N O 4 133 236 au nom du présent inventeur et le brevet des EUA n' 255 358 au nom de Warth Des machines à découper des matières en feuille sont également bien connues et, en fait, des têtes de coupe qui peuvent être commandées par ordinateur sont disponibles dans le commerce Une telle machine est décrite et représen- tée dans les brevets des EUA N O 3 955 458 et N O 4 033 214,' tous deux délivrés au nom du présent inventeur De telles ma- chines comportent une lame de coupe verticalement mobile en va-et-vient suspendue à une tête de coupe portée par un cha- riot capable de déplacer la tête dans un plan horizontal pour découper une matière étalée sur une surface support La tête comporte des moyens pour faire tourner la lame autour de son axe longitudinal afin qu'elle reste tangente à une ligne de coupe désirée et puisse être tournée par anticipation en pré- vision de l'exécution d'un angle très vif dans la ligne de coupe L'affûtage sur place de telles lames par des disposi- tifs incorporés à la tête est également connu et on connait déjà, notamment, des dispositifs d'affûtage de la lame ca- pables d'affûter des encoches latéralement inclinées formées dans le bord avant de la lame (voir le brevet des EUA no 4 133 236 qui représente de tels dispositifs d'affûtage de la lame). L'un des principaux buts de la présente invention est de réaliser et d'utiliser une lame à mouvement de va-et-vient montée dans la tête de coupe d'une machine à découper comman- dée par ordinateur de telle sorte qu'une lame encochée puisse efficacement sectionner une matière en feuille fi- breuse composée de filaments de bore ou de graphite orientés sans avoir à tenir compte du fait que la ligne de coupe est perpendiculaire ou parallèle à l'orientation des fibres ou est orientée à un angle quelconque entre ces orientations. Pour la mise en oeuvre du procédé de la présente inven- tion, on étale la matière en feuille à fibres orientées sur le lit de poils d'une machine à découper à commande automa- tique de façon qu'elle soit portée par ce lit et de sorte qu'une lame à mouvement de va-et-vient puisse être déplacée le long d'une ligne de coupe pour sectionner la feuille La lame se déplace d'au moins cinq cycles (cinq courses vers le haut et cinq courses vers le bas) pendant qu'elle avance d'une largeur de lame La lame comporte une encoche profonde dans son bord avant, encoche qui a une profondeur égale à approximativement la moitié de la largeur de la lame et une hauteur d'environ 60 pour cent de la course verticale de la lame La matière en feuille est sectionnée par les bords biseautés supérieur et inférieur verticalement espacés de cette encoche avec une action de tranchage bien appropriée pour sectionner les fibres relativement rigides et très ré- sistantes de la matière en feuille Un pied-presseur est dis- posé autour de la lame pour soutenir la matière en feuille lorsque le bord biseauté inférieur de l'encoche se déplace vers le haut pour sectionner la feuille Le lit de poils sup- porte la feuille pendant le mouvement de la lame vers le bas. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins-annexés dans lesquels: la Fig 1 est une vue en perspective d'une machine com- mandée par ordinateur capable de découper une matière en feuille conformément à la présente invention, des parties de la feuille et de la table étant représentées arrachées; la Fig 2 est une vue partielle en élévation, à plus grande échelle, de la tête de coupe représentée sur-la Fig 1; la Fig 3 est une vue schématique, fortement agrandie- dans la direction horizontale, montrant le trajet de déplace- ment de la lame de la Fig 2 pendant un cycle de son mouve- ment de va-et-vient vertical et de son mouvement de transla- tion horizontal; la Fig 4 est une vue en élévation latérale de la lame représentée sur les Fig 2 et 3; la Fig 5 est une vue de face de la lame, prise-à tra- vers la feuille et la surface support au milieu de la course verticale de la lame; et la Fig 6 est une vue en plan de la matière en feuille découpée suivant une ligne qui s'étend en travers des fila- ments orientés et s'étend également approximativement paral- lèlement aux filaments. La Fig 1 représente une machine à découper des feuilles à commande automatique, désignée par la référence générale , et qui est, dans l'ensemble, semblable à celle décrite dans le brevet des EUA no 3 495 392 intitulé "Apparatus for working on sheet material (Appareil pour travailler sur une matière en feuille) La machine 10 comporte également un dis- positif d'affûtage de la lame, tel que celui représenté dans le brevet des EUA N O 4 133 236 au nom du présent inventeur David R Pearl La machine 10 est commandée numériquement par une unité de commande 12 à ordinateur qui est connectée à la machine 10 par un câble 14 Une bande de mémoire 16 four- nit les données qui sont converties en commandes de la machine pour guider la lame 20 à mouvement de va-et-vient suivant un trajet programmé P, trajet qui peut être la périphérie d'une pièce de patron ou panneau Dans la présente description, la matière en feuille est, de préférence, constituée par une unique feuille ou nappe S et non par un matelas et, plus par- ticulièrement, la feuille S est en une matériau composite de fibres del'ère spatiale, telles que-'du bore ou du graphite, contenues dans une matrice de résine époxyde qui est habitu- ellement non durcie à cette étape de découpage. Comme représenté sur la Fig 1 à laquelle on continuera de se référer, la machine 10 comprend une table 22 ayant un lit pénétrable 24 de poils faisant saillie vers le haut, comme représenté sur la Fig 3,pour former une surface sup- port pour la matière en feuille S Ces poils sont en ma- tière plastique et sont relativement rigides et capables de réagir aux forces verticales exercées sur eux par la lame tranchante 20 mais sont également capables de se déplacer ou de fléchir latéralement de la manière nécessaire pour per- mettre à la lame 20 de suivre le trajet P Un système de re- tenue à dépression, tel que celui décrit et représenté dans le brevet des EUA précité n' 3 495 392 test également prévu pour maintenir la matière en feuille dans une disposition fixe par rapport au lit Une feuille de polyéthylène (non représentée) peut être également utilisée pour maintenir la dépression au-dessous de la feuille. La lame 20 est montée dans une tête de coupe 18 qui est mobile dans des directions X et Y sous l'action de chariots 26 et 28, ce dernier étant mobile le long du premier pour provoquer le déplacement de la tête de coupe 18 dans un plan horizontal Le chariot 28 peut se déplacer dans la di- rection X sur des crémaillères 30 et 31 montées sur les c 8- tés de la table 22 et le chariot 26 peut être déplacé dans la direction Y par une vis-mère 38 Des moteurs d'entraîne- ment 34 et 36 sont excités par l'unité de commande 12 pour provoquer le déplacement respectivement du chariot X 26 et du chariot Y 28 Un moteur d'entraînement (non représenté) monté dans la tête 18 produit le mouvement de va-et-vient de la lame 20 sous la commande de l'unité de commande 12 et à une fréquence (f) telle que la lame exécute approximative- ment cinq cycles ( 10 courses verticales ascendantes et des- cendantes) pendant qu'elle parcourt une distance linéaire correspondant à sa propre largeur W. Le trajet de la lame 20 à mouvement de va-et-vient a été représenté schématiquement sur la Fig 3 dans laquelle le dé- placement horizontal de la lame a été agrandi d'approximati- vement 100 fois pour représenter un cycle de mouvement alter- natif vertical L'appareil servant à déplacer la lame dans ses directions X et Y (horizontalement) doit le faire à une vitesse de 5 m à 10 m environ à la minute et les moyens ser- vant à déplacer la lame en va-et-vient entre les positions de fin de course A et B représentées sur la Fig 3 le font à une fréquence d'approximativement 4000 cycles à la minute. Cette relation de vitesse produit un rapport de l'avancement à la fréquence de l'ordre de 5/4000 ème à 10/4000 ème de mètre par cycle (c'est-à-dire de 0,125 à 0,25 cm par cycle). Il en résulte que pour obtenir la condition désirée ci- dessus mentionnée (de cinq cycles par largeur de lame) la lame 20 devrait avoir une largeur d'au moins 0,70 cm environ. Cette géométrie assure que la quasi-totalité de l'action de coupe de la lame 20 est exécutée par les parties les plus avant des bords biseautés 20 a et 20 b verticalement espacés d'une encoche 20 c formée dans le bord avant 20 d de la lame. Comme plus particulièrement représenté sur la Fig 3, la lame 20 comporte cette encoche 20 c relativement profonde dont la profondeur est approximativement égale à la moitié de la largeur de la lame et dont la hauteur verticale est égale à approximativement 60 pour cent de la course verti- cale effectuée par la lame pendant son mouvement de va-et- vient Cette relation assure que la vitesse verticale de la lame 20 a atteint sa valeur maximale ou est proche de cette valeur lorsque les bords biseautés 20 a et 20 b tranchent la feuille S respectivement à la position E et à la position D de la lame Le mouvement de la lame 20 est essentiellement sinusoldal dans son mouvement d'avancement oscillatoire et, par conséquent, la vitesse de coupe maximale est atteinte entre les positions de fin de course A et B sur la Fig 3. Il est évident que lorsque le bord biseauté supérieur a tranche la feuille S (position E),le lit de poils 24 sup- porte la feuille pendant cette course descendante de la lame. Comme plus particulièrement représenté sur les Fig 2 et 5, un piedpresseur 30 est prévu sur une colonnette 33 dirigée vers le bas pour presser la feuille S vers le bas et la main- tenir pendant la course ascendante de la lame (voir la po- sition D sur la Fig 3). Toujours en ce qui concerne la configuration de la lame 20, la Fig 4 montre le bord avant 20 d en forme de V formé par des surfaces opposées aiguisées ou meulées et dont l'extrémité inférieure coopère avec un bord inférieur 20 e qui est également en forme de V et qui est formé par des surfaces opposées aiguisées Ces bords forment entre eux un angle inclus de 135 degrés environ (cet angle étant de préférence compris entre 120 et 150 degrés) On peut voir sur la Fig 3 qu'avec une telle forme, ce bord inférieur 20 e effectue un certain découpage de la feuille S pendant le mouvement descendant de la lame de la position de fin de course droite A jusqu'à la position adjacente de la lame. Si l'on considère maintenant de manière plus détaillée la matière en feuille spécifique qui doit être découpée, la Fig 6 montre l'orientation des fibres parallèles de bore ou de graphite de ladite feuille et elle montre également que le trajet P de la lame 20 peut être soit transversal à ces fibres soit proche de la tangente à ces fibres C'est dans cette dernière position que la lame 20 fait preuve de ses avantages les plus marqués Du fait de l'action de tran- chage incrémentielle des bords biseautés 20 a et 20 bil n'y a qu'un petit nombre des fibres parallèles qui soient cou- pées à la fois et la lame 20 a très peu tendance à déplacer ces fibres latéralement au lieu de les couper. Ainsi, une caractéristique importante de la présente invention réside en ce que l'encoche 20 c comporte des bords biseautés tranchants 20 a et 20 b s'étendant dans l'ensemble horizontalement pour trancher de cette manière la matière en feuille fibreuse En outre, l'encoche 20 c a un bord inté- rieur non aiguisé et ses bords supérieur et inférieur 20 a et b sont parallèles entre eux et approximativement horizon- taux Comme plus particulièrement représenté sur la Fig 5, on peut commodément affûter les bords biseautés 20 a et 20 b en déplaçant un dispositif d'affûtage incliné à travers l'en- coche de la lame à un angle d'approximativement 45 degrés sur l'axe longitudinal de la lame 20 Bien que 45 degrés soient l'angle d'inclinaison actuellement préféré pour cette unique encoche 20 c de la lame 20, tout angle compris entre et 60 degrés fournit certains des avantages de l'inven- tion. Enfin, on peut voir sur la Fig 4 que la lame 20 a son unique encoche 20 c disposée proche de-son bord inférieur 20 e afin de réduire au minimum la course verticale requise pour obtenir les avantages ci- dessus mentionnés Ainsi, le bord inférieur 20 b de l'encoche 20 c est disposé proche de ce-bord inférieur 20 e et, plus particulièrement, la distance verti- cale entre le milieu de l'encoche 20 c et le bord 20 e est du même ordre de grandeur que la hauteur de l'encoche elle-même (c'est-à-dire de l'ordre de 60 pour cent de la course de la lame) La profondeur de l'encoche est, de préférence, de l'ordre de 40 à 60 pour cent de la largeur de la lame, comme mentionné ci-dessus,et ladite distance verticale entre le bord inférieur 20 b de l'encoche et le bord inférieur 20 e de la lame est, de préférence, comparable à la largeur de la lame de façon à réduire au minimum la course verticale re- quise pour couper la matière en feuille aussi bien pendant le mouvement descendant que le mouvement ascendant de la lame. REVENDICATIONS 1 Un procédé pour sectionner une matière en feuille fi- breuse ( 5) suivant une ligne de coupe (P) qui peut être orientée à un angle désiré quelconque par rapport aux fibres contenues dans la matière, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste: à supporter la matière sur un lit péné- trable ( 24); à déplacer une lame allongée ( 20) perpendiculai- rement à son axe et le long d'une ligne de coupe voulue et à une vitesse linéaire donnée; à déplacer la lame en va-et- vient cycliquement le long de son axe longitudinal vertical entre des positions de fin de course haute et basse (A, B) verticalement espacées à und fréquence (f) telle que la lame effectue environ cinq cycles pendant qu'elle se déplace d'une distance linéaire correspondant à sa propre largeur; à disposer la lame de façon que son extrémité inférieure s'étende à travers la matière en feuille tant dans sa posi- tion basse que dans sa position haute et plus particulière- ment avec des segments biseautés tranchants ( 20 a, 20 b) verti- calement espacéss'étendant approximativement horizontale- ment 1 de la lame disposés de telle sorte par rapport aux posi- tions de fin de course que les segments ont atteint ou pres- qu'atteint leur vitesse maximale lorsqu'ils se déplacent à travers la matière. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, l'étape supplémentaire qui con- siste à presser vers le bas la matière en feuille (S) au voi- sinage du trajet vertical de mouvement de va-et-vient de la lame au moins pendant le mouvement ascendant de la lame à- mouvement de va-et-vient. 3 Une lame conçue pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un bord avant ( 20 d) et un bord inférieur ( 20 e), ces deux bords étant aiguisés pour produire un certain décou- page pendant le mouvement de va-et-vient de la lame, et en ce que le bord avant de la lame comporte une encoche ( 20 c) ayant des bords supérieur et inférieur ( 20 a, 20 b) qui com- portent les segments verticalement espacés. 4 Lame selon la revendication 3, caractérisée en ce que le bord avant ( 20 d) et le bord inférieur ( 20 e) forment entre eux un angle inclus compris entre 120 et 150 degrés. Lame selon la revendication 3, caractérisé en ce que les bords biseautés tranchants supérieur et inférieur sont for- més sur les bords supérieur et inférieur ( 20 a, 20 b) d'une encoche ( 20 c) de forme générale rectangulaire formée dans le bord avant ( 20 d) de la lame, l'encoche ayant un bord intérieur approximativement parallèle au bord avant mais qui n'est pas aiguisé, le bord intérieur de l'encoche étant es- pacé dudit bord avant de la lame d'environ 40 à 60 pour cent de la largeur de la lame de façon à ne pas venir en contact avec la matière qui est découpée lorsque la lame est utili- sée conformément audit procédé. 6 Lame selon la revendication 5, caractérisée en ce que les bords biseautés tranchants ( 20 a, 20 b) sont formés asy- métriquement sur les faces opposées de la lame, l'encoche s'étendant à travers la lame et en ce qu'ils intersectent l'axe longitudinal de la lame à un angle-compris entre 30 et 60 degrés, l'encoche ayant une configuration en section transversale uniforme sur toute sa longueur pour faciliter l'affûtage des bords biseautés. 7 Lame selon la revendication 5, caractérisée en ce que les bords biseautés tranchants ( 20 a, 20 b) formés par l'en- coche sont verticalement espacés l'un de l'autre d'une dis- tance comprise environ entre 50 et 70 pour cent de la course verticale de la lame. 8 Lame selon la revendication 6, caractérisée en ce que le bord avant ( 20 d) ne comporte qu'une seule encoche voisinage de la jonction entre le bord avant et le bord in- férieur ( 20 e) de la lame. 9 Lame selon la revendication 8, caractérisée en ce que le bord avant ( 20 d) et le bord inférieur ( 20 e) de la lame font entre eux un angle inclus compris entre 120 et 150 degrés et en ce que l'espacement vertical entre le bord biseauté infé- rieur de l'encoche et la jonction du bord avant avec le bord inférieur est de l'ordre de la largeur de la lame.