Brevet FR2553019A1 — publié le 19850412

m. "Procédé pour la fabrication d'un outil en forme de roue dentée, de tige dentée ou de vis sans fin, pour le travail de finition de flancs de dents de roues dentées spécialement de roues trempées et outil ainsi fabriqué " L'invention concerne un procédé pour la fabrication d'un outil, en forme de roue dentée, de tige dentée ou de vis sans fin, pour les travaux de finition de flancs de roues dentées, notamment de roues dentées trem10 pées, procédé par lequel, sur les flancs de dents d'un corps de base denté en métal, est appliqué, tout d'abord, un revêtement en nitrure de bore cubique (CBN), les grains de CMN pouvant être placés dans une ou plusieurs couches de revêtement, ainsi qu'un outil ainsi réalisé. On connaît, pour le travail de finition des flancs de dents de roues dentées particulièrement dures, des outils dans lesquels un corps de base denté est recouvert sur ses flancs avec des grains de diamant (DE-2 306 780). Cependant, avec des outils diamantés, lors du meulage de 20 matériaux ferreux, on constate fréquemment des phénomènes d'usure qui sont attribuables à une réaction thermochimique à l'emplacement de contact Pour cette raison, il a été introduit, ces dernières années, des outils recouverts de nitrure de bore cubique (CBN) qui se sont bien com25 portés, entre autre, pour l'affûtage circulaire, mais non pas dans le cas de travaux de finition de surface de roues dentées (VDI-Z 124 ( 1982) n O 17 page 657). 2. Dans le cas de travaux de finition de flancs de dents de roues dentées, il est connu que sont posées des exigences très élevées pour la précision géométrique et la qualité de surface Les outils CBN assurent effectivement 5 des rendements élevés d'enlèvement de métal et se distin 4 guent par leur longue durée de service Mais, fondamentalement, ils ne conviennent pas pour la production de surfaces extérieures avec de faibles profondeurs de rugosités La raison en réside, d'une part, dans la géométrie des arêtes 10 de coupe CBN, qui sont plus pointues et plus coupantes que celles des grains de corindon Les grains de CW s'enfoncent ainsi dans la surface extérieure de l'outil, et, en réalité, même pour des grosseurs de grain très faibles D'autre part, la liaison considérablement plus solide dans les ou15 tils CBN a pour effet que des grains faisant saillie, loin hors de la masse de liant, y sont encore maintenus Ces deux phénomènes, géométrie des arêtes de coupe et possibilité de coupe de grains fortement saillants, agissent en commun dans le sens d'une rugosité plus profonde de la sur20 face extérieure de la pièce Des surfaces de meilleure qualité peuvent alors être obtenues (et sous certaines réserves seulement) lorsqu'au déplacement de réglage de position de l'outil par rapport à la pièce, sont encore superposés certains déplacements supplémentaires, par exemple perpendicu25 lairement au déplacement de réglage On cherche cependant à éviter ces déplacements supplémentaires lors du travail de finition de surface, pour économiser le temps de préparation C'est-à-dire qu'on travaille, de préférence avec le procédé dit "de plongée" dans lequel l'outil n'exécute, 30 par rapport à la pièce, qu'un seul mouvement dans le sens d'une réduction de la distance entre axes. La forme géométrique d'un disque de meulage CN est normalement produite par ajustage Pour cela, ou bien on déplace en va et vient sur la surface de travail du disque de meulage, un organe dénommé orienteur de grains 3. multiples de diamant, ou bien on presse contre la surface de travail un rouleau orienteur chargé de diamant ou de Si C (carbure de silicium), une vitesse de rotation relative étant prévue entre le rouleau et le disque de meulage Ce5 pendant, cet ajustage ne produit pas de surface plane, parce que 'l'enlèvement de matière" sur le disque de meulage s'effectue seulement par une brisure des grains. De même, l'apport et l'application des grains de C 3 N de même grosseur sur un corps d'outil de fabrication 10 de précision ne donne pas de résultat satisfaisantjcar les phénomènes mentionnés plus haut se produisent également et naturellement dans ce cas lors de l'ajustage, les grains sont brisés et ainsi le nombre de points de coupe est réduit. Partant de ces considérations, la présente 15 invention a pour but de créer un outil, cha gé de CBN, en forme de roue dentée, ainsi qu'un procédé pour sa fabrication, qui ne présente pas les inconvénients mentionnés et qui est utilisable même dans le procédé d'usinage dit par longée. Pour résoudre ce problème, l'invention propose de réaliser la forme géométrique précise des flancs de dents de l'outil par meulage ou rodage de la charge de CR Dans ce cas, les grains CBN ne sont pas brisés, comme lors de l'ajustage d'orientation, mais chaque grain individuel se 25 trouve, par meulage ou rodage modifié dans sa forme, de telle manière que tous les grains actifs fassent identiquement saillie hors du liant et forment ainsi une surface planet les grains de COB pouvant 4 tre placés dans une ou plusieurs couches de revêtement. Cette modification de forme peut consister en ce que les grains sont aplatis de telle sorte qu'ils forment entre eux une sorte de "plateau montagneux" dont les bords agissent de manière analogue aux arêtes coupantes d'une roue de rasage et en ce que les grains de CEN de la couche unique 35 ou de la couche supérieure, sont aplanis par meulage ou 4. polissage et les surfaces obtenues forment les surfaces de dents désirées. La modification de forme peut égalemeht consister en ce que, par un choix des paramètres appropriés pour le meulage, par exemple grosseur de grain du disque de meulage, vitesse d'avancement, pression de meulage, des cassures et fentes sont produites sur les bords des grains de CBN, de telle sorte que les nouvelles arêtes se situent, au moins en partie, dans le contour désiré de l'outil Les 10 grains ne sont donc pas brisés, mais ils sont "diminués de grosseur" Dans le cas de charges mécaniques élevées, les arêtes des grains de CBN peuvent en effet se briser. Etant donné cependant, que les nouvelles arêtes se trouvent à l'intérieur du contour désiré pour l'outil, mais en aucun 15 cas ne sortent hors de ce dernier, elles ne présentent plus la propriété désavantageuse des grains de C 3 N avant meulage, mais par le rodage et le meulage sur les grains de nitrure de bore de la couche sont produites des brisures et les pointes et/ou les arêtes qui en résultent se trouvent 20 contenues dans la surface supérieure des flancs de dents. Le changement de forme par éclatement des grains OBN peut être obtenu de manière beaucoup plus simple et plus régulière si l'on utilise, pour la charge en grains, un type microcristallin de CBN sur les grains duquel sont produitespar le meulage, des micro-cassures dont les bords se situent, au moins en partie, dans la surface supérieure des flancs de dents. Cet outil est caractérisé en ce que la forme géométrique précise des flancs de dents, après leur revête30 ment, est produite par meulage ou rodage. Pour un meilleur ancrage de la charge CBN, les flancs de dents de l'outil sont interrompus par des rainures s'étendant de la tête au pied de dent, ou autres creux analogues, qui sont également pourvus du revêtement, 35 mais ne sont pas soumis au meulage ou rodage ultérieur. 5. On obtient ainsi, en même temps, une amélioration dé la capacité de coupe aux endroits de transition entre les gorges et les portions de flanc et un bon drainage du fluide de refroidissement lors du travail de l'outil L'invention est expliquée ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les figures 1 à 10 des dessins annexés dans lesquelles: la figure 1 est une vue d'un outil de forme cylindrique du type analogue à une roue dentée, la figure 2 est une vue d'outil analogue à une roue dentée mais de forme hyperbolique, avec une pièce à usiner, la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une dent d'outil à échelle agrandie, les figures 4 et 5 sont chacune une vue en coupe longitudinale d'une partie d'une dent d'outil chargée d'une couche de CEN, à échelle encore agrandie, les figures 6, 7 et 8 montrent les mêmes portions de dent, mais avec couche de chargement meulée et 20 nivelée, la figure 9 est une vue schématique de la position de l'outil lors du meulage d'affûtage, la figure 10 est une vue en coupe longitudinale d'une dent d'outil. La figure 1 montre schématiquement un outil du type roue dentée 1, lequel est engagé, en vue d'une opération de finition, dans la denture d'une roue frontale (pièce à usiner 2) et roule sur celle-ci Les axes de la broche porte-outil 3 et de la broche porte-pièce 4 se croi30 sent ainsi qu'il est connu pour le rasage et le rodage de roues dentées L'exemple montre un outil à denture droite et une pièce à denture oblique Mais tout autre combinaison est également possible; Au lieu de l'outil du type roue dentée 1 on peut, également utiliser un outil du type tige 35 dentée. 6. La grandeur de l'angle de croisement T dépend du problème d'usinage particulier et du fait que, auprès de la denture à usiner, est prévu un épaulement pour limiter l'angle de croisement des axes Le travail peut se poursuivre avec un avancement longitudinal de l'outil relativement à la pièce par exemple en direction de la flèche 8. St l'outil est suffisamment large, on peut renoncer à cet avancement longitudinal Dans ce cas, le corps de roulement est de forme concave hyperbolique, c'est-à- dire est consti10 tué par des flancs de dents bombés en creux en direction longitudinale, ainsi qu'il est connu, par exemple pour un rasage en plongée Pour l'entraînement du déplacement de roulement, il est connu d'entralner normalement seulement l'un des deux éléments, par exemple l'outil, tandis que 15 l'autre élément est entrainé par l'intermédiaire de la denture La machine sur laquelle sont montés l'outil 1 et la pièce 2, n'est pas représentée ni décrite ici, car elle n'entre pas dans le cadre de la présente invention. Comme autre exemple dans lequel l'invention 20 est applicable, la figure 2 montre un outil 11 qui a une forme hyperbololde analogue à une vis sans fin globique. Cet outil 11 est supporté, de manière interchangeable par une broche porte-outil 13 représentée schématiquement Le moyen de blocage et l'entraînement pour la broche porte25 outil sont connus en soi et non représentés L'outil est en prise avec une pièce 12 à denture droite ou oblique La pièce est montée de manière interchangeable sur une broche porte-pièce 14 La broche d'outil 13 est inclinée par rapport à la broche de pièce 4 sous un angle de croisement d'axes r ' lequel, d'une part, ne doit pas être trop faible pour permettre un glissement longitudinal suffisant, et qui, d'autre part, doit être considérablement inférieur à degrés, afin que la pièce puisse être travaillée sur toute sa largeur, (de la face frontale 16 à la face fronta35 le 17) par une opération en plongée La largeur efficace 7. de l'outil est indiquée par la ligne en tirets 19, 20. Bien entendu, il est possible de traiter, avec un tel outil, au lieu de pièces à denture droite 12, des pièces à denture oblique. La figure 3 montre schématiquement une coupe à travers une dent de l'outil 1 pu 11 La dent est constituée en un corps de base métallique 5, sur lequel est appliquée une couche de revêtement 6 en grains 7 de CEN, et un liant 9, par exemple une résine synthétique, du bronze 10 ou analogue Les grains de CEN peuvent être disposes en une ou plusieurs couches ainsi que cela est indiqué à échelle agrandie dans les figures 4 et 5. La surface supérieure irrégulière 31 qui en résulte, ne présente aucune forme de flanc géométriquement précise et, en conséquence, elle est égalisée au moyend'un disque de meulage de diamant ou d'une plte de diamant, afin d'obtenir la forme de flanc géométriquement exacte 32 Il en résulte, comme le montre la figure 6, une structure de type "plateau montagneux". Les bords 33 qui se trouvent dans la zone de la surface de 20 flanc, sont maintenant aplanis, et les grains de CBN saillants hors du produit liant 9, forment alors les arêtes coupantes efficaces pour le travail de finition de la pièce 2 ou 12. Par l'emploi de paramètres appropriés pour le 25 meulage, par exemple la grosseur de grains du disque de meulage et/ou la vitesse d'avancement, il est possible, avec une charge mécanique élevée des grains de CEN de constater leur action, à savoir le bris des bords des grains. Il en résulte de nouvelles arêtes et pointes 34 qui se 3 o trouvent toutes à l'intérieur du flanc désiré 32 (figure 7). La figure 8 montre la même situation dans le cas d'emploi de nitrure de bore micro-cristallin En raison de sa structure, il a tendance seulement à des microcassures, de sorte que se trouvent formées plusieurs nouvel35 les arêtes 35 qui se trouvent au moins en partie dans le 8. flanc 32 désiré. Bien que les outils recouverts de CEN pour le travail de finition de roues dentées présentent des durées d'utilisation satisfaisantes, un "réaffûtage" est ce5 pendant nécessaire à certains intervalles, c'est-àdire qu'il faut rapporter du matériau de support et du liant entre les grains de CBN Pour cela, on fait rouler l'outil 1, 11 avec une contreroue 36, tandis que simultanément du corridon ou un moyen de meulage analogue est introduit, au 10 moyen d'un liquide porteur dans l'engrènement des dents (flèche 37) On a constaté comme favorable d'effectuer l'affûtage avec les mêmes angles de croisement d'axes T et ' que ceux utilisés pour le travail de la pièce 2 ou 12. Dans les figures 6 à 8 est représentée chaque 15 fois une seule couche de grains de O N 7 L'effet d'affûtage et de rodage obtenu est également possible à obtenir dans le cas de grains de CEN disposés en plusieurs couches, comme indiqué dans la figure 5. En vue d'un meilleur ancrage du revêtement en 20 CEN les flancs de dents du corps de base métallique peuvent présenter une ou plusieurs rainures 38 ou analogues, s'étendant de la tête jusqu'au pied de la dent Dans ce cas, comme indiqué dans la figure 10, la rainure ou les creux sont également pourvus du revêtement, mais celui-ci n'est pas soumis ensuite à un meulage Avec la disposition des gorges ou creux, on obtient également une amélioration de la capacité de coupe aux emplacements de transition entre les rainures et les portions de flancs ainsi qu'un bon drainage du fluide de refroidissement lors d'un travail de finition de 30 la pièce 2, 12. 9. R E V E N D I C A T IONS 1. Procédé pour la fabrication d'un outil, en forme de roue dentée, de tige dentée ou de vis sans fin, pour les travaux de finition de flancs de roues dentées, 5 notamment de roues dentées trempées, procédé par lequel, sur les flancs de dents d'un corps de base denté en métal, est appliqué, tout d'abord, un revêtement en nitrure de bore cubique (CEN) les grains de CEN pouvant être placés dans une ou plusieurs couches de revêtement, procédé carac10 térisé en ce que, la forme géométrique précise des flancs de dents est obtenue par meulage ou par rodage. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les grains de CEN ( 7) de la couche unique ou de la couche supérieure ( 6) sont aplanis par meula15 ge ou rodage et les surfaces obtenues forment les surfaces de dents désirées. 3. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que, par le meulage ou le rodage sur les grains de CBN ( 7) de la couche unique ou de la couche supérieure de revêtement ( 6) sont produites des brisures et les pointes et/ou les arêtes qui en résultent se trouvent contenues dans la surface supérieure des flancs de dents. 4. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par l'emploi d'un type de CBN micro-cristallin, 25 de telle sorte que, par le meulage ou le rodage se produisent, sur les grains de CBN ( 7) de la couche unique ou de la couche supérieure ( 6) des micro-brisures dont les bords se situent, au moins en partie, dans la surface supérieure des flancs de dents. 5 Outil en forme de roue dentée pour le travail de finition des flancs de dents de roue dentée, notamment de roues trempées, outil comprenant un corps de base denté en métal et un revêtement en nitrure de bore cubique(CBN) sur les flancs de dents, les grains de CBEN pouvant 35 être disposés en une ou plusieurs couches, procédé suivant 10. l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé er. ce que la forme géométrique précise ( 32) des flancs de dents, après leur revêtement, est produite par meulage ou rodage. 6 Outil en forme de roue dentée suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ses flancs de dents sont interrompus par des rainures ( 38) s'étendant de la tête au pied de dent, ou autres creux analogues, qui sont également pourvus du revêtement, mais ne sont pas 10 soumis au meulage ou rodage ultérieur.