Brevet FR2550483A1 — publié le 19850215

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR SEPARER, DE PIECES A USINER, DES BLOCS DE SERRAGE VENUS DE COULEE La présente invention se rapporte à un procédé pour détacher des pièces à usiner de blocs de serrage venus 5 de coulée ou de moulage par injection, dans lesquels lesdites pièces sont partiellement noyées afin d'être retenues sans contraintes lors de leur usinage sur une machine-outil, notamment une meuleuse-rectifieuse, de telle sorte que la pièce à usiner et le bloc de serrage forment à chaque fois 10 un groupe compact, le coefficient de dilatation thermique du matériau constituant ledit bloc de serrage étant plus grand que celui de la matière de la pièce à usiner. L'invention concerne en outre un dispositif, notamment pour la mise en oeuvre du procédé précité, permet15 tant de détacher des pièces à usiner de blocs de serrage venus de coulée ou de moulage par injection, dans lesquels lesdites pièces à usiner sont partiellement noyées afin d'être retenues sans contraintes pendant leur usinage sur une machine-outil, notamment une meuleuse-rectifieuse, de 20 telle sorte que la pièce à usiner et le bloc de serrage forment à chaque fois un groupe compact, le coefficient de dilatation thermique du matériau constituant ledit bloc de serrage étant plus grand que celui de la matière de la pièce à usiner. Pour éviter des contraintes mécaniques et des déformations associées pendant l'usinage de pièces à usiner sur des machines-outils, en particulier de pièces devant être meulées sur des meuleuses-rectifieuses, il est connu d'incorporer par coulée les pièces à usiner dans 30 des blocs de serrage qui servent de moyens auxiliaires lors du blocage et du positionnement desdites pièces, et qui maintiennent ces pièces dans une large mesure exemptes de contraintes pendant leur usinage Le bloc de serrage et la pièce à usiner incorporée par moulage dans ce bloc en vue de son usinage forment, conjointement, une unité qui sera qualifiée de " groupe compact " dans le présent mémoire Pour confectionner ce groupe compact, la piece à usiner est placée dans un moule de coulée dans lequel est ensuite déversé le matériau formant le bloc de serrage Ce matériau constituant ledit bloc est choisi de façon que son coefficient de dilatation thermique soit supérieur à celui de la matière de la pièce à usiner. Lorsque le matériau du bloc de serrage, initialement liquide, se refroidit dans le moule de coulée, ledit bloc 15 se contracte par conséquent autour de la pièce à usiner, si bien que cette dernière est emprisonnée sans aucun jeu dans ledit bloc Dans ce cas, les surfaces de la pièce devant être usinées se trouvent à l'extérieur du bloc de serrage A titre d'exemple typique de pièce pouvant être apprêtée de la sorte en vue de son usinage dans une machine à meuler, on considérera, dans le présent mémoire, le cas d'une pale de turbine En guise de matière pour constituer la pale de turbine, on peut envisager des alliages à base de nickel qui satisfont aux exigences sévères auxquelles est soumise une matière utilisée pour fabriquer des pales de turbines En tant que matériau pour la réalisation du bloc de serrage retenant la pale de turbine, le zinc ou des alliages de zinc se sont imposés, les coefficients de dilatation thermique de ces métaux étant 30 plus grands que ceux des alliages à base de nickel utilisés pour la production des pales de turbines, de sorte que le bloc de serrage se resserre fermement sur la pale de turbine lorsqu'il refroidit de la température de coulée à la température ambiante. La dissociation du bloc de serrage d'avec la pièce à usiner soulève des difficultés particulières A cet effet, d'après la demande de brevet DE-B2 822 828, il est connu de donner au bloc de serrage une forme qui lui permet d'éclater le long de zones particulières de rupture programmée A cette fin, il convient d'imposer, à des régions prédéterminées du bloc de serrage, un effort mécanique sous l'effet duquel ledit bloc de serrage vole en éclats L'inconvénient de ce procédé consiste en ce que 10 la contrainte mécanique ne peut pas être limitée au bloc de serrage, si bien qu'il n'est pas exclu que la pièce à usiner renfermée par ce bloc soit elle aussi contrainte et, dans certaines circonstances, déformée néfastement. En particulier dans le cas de pièces à usiner extrêmement 15 fragiles comme des pales de turbines, de telles déformations peuvent se traduire rapidement par un rebut,même si elles sont seulement de l'ordre de quelques millièmes de millimètre En outre, par suite de la pression nécessaire pour provoquer l'éclatement du bloc de serrage, 20 ainsi que du mouvement relatif qui se produit lors de cet éclatement, le matériau constituant le bloc de serrage peut s'étaler sur la pièce à usiner, ce qui nécessite un nettoyage ultérieur ou un usinage supplémentaire de cette pièce. La présente invention a par conséquent pour objet de proposer un procédé et un dispositif des types précités qui permettent, sans aucun résidu et sans contraintes mécaniques déformant les pièces à usiner, de détacher ces pièces des blocs de serrage dans lesquels 30 elles sont noyées par coulée en vue de leur usinage. Dans le procédé conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait que le bloc de serrage est réalisé en un matériau qui devient cassant en présence d'une température caractéristique de ce matériau; que le groupe compact est refroidi,après l'usinage de la pièce, au moins jusqu'à cette température de fragilité dudit-matériau constituant le bloc; et que ledit bloc de serrage est dissocié de ladite pièce par éclatement, en tirant parti des contraintes internes qui s'opèrent, lors du refroidissement, par suite des différences de coefficients de dilatation thermique du bloc de serrage et de la pièce à usiner. Etant donné que le bloc de serrage se contracte plus fortement que la pièce à usiner lorsque le groupe compact se refroidit jusqu'à la température de fragilité du matériau formant ledit bloc, il se produit, dans ce bloc de serrage, de fortes contraintes mécaniques internes qui peuvent provoquer la dissociation dudit bloc d'avec ladite pièce par éclatement Pour le cas o les contraintes mécaniques 15 internes engendrées ne sont pas encore suffisantes pour entraîner cette dissociation par éclatement, il est en outre prévu, conformément à l'invention, que le bloc de serrage redroidi au moins jusqu'à-sa température de fragilité soit sollicité mécaniquement de l'extérieur pour provoquer son détachement d'avec la pièce par éclatement. Il suffit, à cet effet, de frapper ou de heurter par impulsions le bloc de serrage refroidi au moins jusqu'à sa température de fragilité Il est également possible, pour provoquer ladite dissociation-par éclatement, de se conten-. 25 ter d'érafler par effleurement la surface du bloc de serrage refroidi au moins jusqu'à sa température de fragilité. Ainsi, lorsque le refroidissement du groupe compact jusqu'à la température de fragilité du bloc de serrage n'est pas suffisant pour faire en sorte que ce bloc se dissocie * 30 de la pièce par éclatement, il suffit, pour provoquer cette dissociation, de soumettre une légère sollicitation mécanique de l'extérieur ledit bloc de serrage refroidi jusqu'à sa température de fragilité Il peut ensuite être procédé à une poursuite de l'usinage de la pièce sans aucune intervention de reprise, ou bien cette pièce peut être utilisée conformément à l'objectif qui lui est assigné Le bloc de serrage est séparé de la pièce à usiner, sans aucun résidu, grâce à son éclatement à de basses températures. 5 Dans ce cas, il ne se produit aucune contrainte mécanique susceptible d'entraîner une déformation de la pièce à usiner, parce que la contraction du bloc de serrage, lorsqu'il est refroidi jusqu'à sa température de fragilité, produit de toutes parts un accroissement de la pression exercée sur 10 ladite pièce. Le matériau utilisé pour fabriquer le bloc de serrage consiste de préférence en du zinc, du zinc coulé sous pression ou des alliages de zinc, bien qu'il soit également possible d'envisager d'autres alliages, par exemple à base de plomb, d'antimoine ou d'étain, qui deviennent cassants à de basses températures et dont le coefficient de dilatation thermique est supérieur à celui de la matière constituant la pièce à usiner Lorsque les pièces devant être usinées sont des pales de turbines, ces dernières consistent en du nickel ou en des alliages à base de nickel qui n'accusent aucune propension à la fragilité même à de basses températures, de sorte qu'ils peuvent être prélevés intacts du dispositif de refroidissement après que lesgroupes compacts ont été soumis au traite25 ment à basse température. De préférence, après l'usinage des pièces, les groupes compacts sont refroidis jusqu'à la température de l'azote liquide. Le procédé selon l'invention peut se dérouler d'une manière entièrement automatique A cet effet, il est prévu que, après l'usinage des pièces, des groupes compacts se succédant soient, les uns à la suite des autres, convoyés automatiquement à la sortie de la machine-outil vers un dispositif de refroidissement dans lequel ils sont refroi35 dis, pour provoquer l'éclatement du bloc de serrage, au o moins jusqu'à la température de fragilité du matériau constituant ce bloc; et que, après l'éclatement dudit bloc, lesdites pièces soient évacuées en vue de la poursuite de leur usinage ou de leur façonnage, respectivement. Dans un dispositif du type décrit ci-avant, l'objet de la présente invention est atteint, conformément à cette dernière, par le fait que sont associés à la machineoutil un dispositif de refroidissement et des moyens de convoyage qui saisissent les groupes compacts après que les 10 pièces ont été usinées dans ladite machine, les transportent dans le dispositif de refroidissement et évacuent la pièce usinée dudit dispositif de refroidissement après qu'a eu lieu le refroidissement au moins jusqu'à la température de fragilité du matériau constituant le bloc de serrage Dans le cas o les matériaux constituant respectivement le bloc de serrage et la pièce à usiner sont choisis de façon que les contraintes internes se produisant lors du refroidissement suffisent pour provoquer le détachement dudit bloc d'avec ladite pièce par éclatement, l'éclatement de ce bloc de serrage aura lieu, en général, alors qu'il se trouve dans le dispositif de refroidissement. Dans ce cas, seule la pièce usinée dégagée dudit bloc de serrage est évacuée dudit dispositif de refroidissement. Les parties éclatées de ce bloc sont prélevées individuel25 lement du dispositif de refroidissement et peuvent, éventuellement, être dirigées vers un poste de réutilisation. I 1 peut advenir que les contraintes internes engendrées par le refroidissement dans les blocs de serrage ne suffisent pas pour provoquer la séparation automatique 30 par éclatement d'avec la pièce usinée Dans ce cas, l'invention prévoit un moyen de butée situé dans le dispositif de refroidissement ou en aval de ce dispositif pour solliciter mécaniquement le bloc de serrage refroidi au moins jusqu'à sa température de fragilité Ce moyen de butée peut être réalisé sous la forme d'un outil de percussion mobile dans la trajectoire d'acheminement des groupes compacts refroidis Il peut aussi se présenter sous la forme d'une arête de butée faisant saillie dans ladite trajectoire d'acheminement des groupes compacts refroidis, si bien que lesdits groupes évacués du dispositif de refroidissement viennent heurter l'arête de butée, ce qui provoque une dissociation par éclatement des blocs de serrage d'avec les pièces usinées Enfin, en tant que moyen de butée, il peut aussi être prévu un outil conçu pour érafler par effleuqrement la surface des groupes compacts refroidis En tant que dispositif de refroidissement, il est prévu en premier lieu un bain de refroidissement empli d'azote liquide. L'avantage de l'invention réside notamment dans 15 le fait que les blocs de serrage peuvent être séparés sans contraintes des pièces usinées Des déformations de ces pièces ne sont pas à craindre au cours de l'éclatement desdits blocs de serrage De surcroît, la dissociation desdits blocs d'avec lesdites pièces a lieu sans absolument aucun 20 résidu, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'intervenir après coup sur lesdites pièces usinées pour les débarrasser de résidus du matériau constituant-lesdits blocs Après son éclatement, ce matériau peut être directement transféré à un poste de recyclage De plus, le dispositif pour la 25 mise en oeuvre du procédé proposé par l'invention est d'une réalisation très simple Ledit procédé peut se dérouler avec automatisation complète. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard 30 du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention; et la figure 2 illustre un exemple typique d'un groupe compact comprenant un bloc de serrage et une pale 35 de turbine en tant que pièce à usiner. Sur la figure 1, la référence 1 désigne une machine-outil consistant en une meuleuse-rectifieuse classique Cette machine comporte, sur un bâti 2, un support 3 mobile horizontalement, sur lequel est à son tour montée une table 4 coulissant-verticalement Cette table supporte, dans un mécanisme de retenue non représenté en détail, un groupe compact 6 qui, comme l'illustre la figure 2, se compose d'un bloc de serrage 7 et d'une pièce à usiner 8 noyée dans ledit bloc 7 Sur la figure 2, cette pièce à usiner consiste en une pale de turbine La machine 1 présente une colonne 9 sur laquelle une broche de meulage munie d'un disque de meulage 11 est montée verticalement. Conformément à l'invention, un dispositif de refroidissement se présentant sous la forme d'un bain 12 15 de refroidissement à basse température est associé à la meuleuse-rectifieuse 1 Un convoyeur, représenté par un pointillé 13 sur la figure 1, relie la machine 1 au bain 12. Un moyen de butée, se présentant sous la forme 20 d'un marteau 14 mobile sur la piste de convoyage 13, est prévu en aval du bain de refroidissement 12 Ce marteau 14 est monté sur un bras 16 d'un levier coudé 18 qui peut pivoter autour d'un axe 17, et dont un second bras 19 est articulé sur l'organe d'actionnement 21 d'un mécanisme d'entraînement à électro-aimant 22 prévu en tant que mécanisme de manoeuvre commandable. Pour usiner la pale de turbine dans la machine 1, cette pièce 8 est noyée par coulée dans le bloc de serrage 7 qui peut présenter la forme illustrée sur la figure 2, 30 ou bien encore une autre forme plus simple Par suite des différences entre les coefficients de dilatation ou de contraction thermique de la matière constituant la pale et du matériau formant le bloc de serrage, ce bloc se resserre fermement sur ladite pale lorsqu'il refroidit de la température de coulée à la température ambiante, si bien que la pale est emprisonnée rigidement dans le bloc de serrage Conjointement audit bloc, ladite pale peut être introduite dans la machine 1 en occupant une position déter5 minée Une fois achevé l'usinage de cette pale ( c'est-àdire,dans l'exemple considéré, après I'usinage du pied ou de la tête de ladite pale, respectivement), le groupe compact englobant la pale 8 et le bloc 7 est prélevé de la machine et acheminé par le convoyeur 13 jusque dans le bain de refroidissement 12 Ce bain 12 renferme de préférence de l'azote liquide,dont la température d'ébullition est de -196 C Un refroidissement du groupe compact 6 au moins jusqu'à la température de fragilité du matériau du bloc de serrage a pour effet de rendre ce bloc 7 cassant. 15 Du fait de ce refroidissement, ledit bloc se resserre concomitamment davantage autour de la pale, laquelle se contracte moins que ledit bloc, ce qui provoque dans ce bloc des contraintes mécaniques internes qui, avec un choix de matériau correspondant et avec une configuration 20 appropriée du bloc de serrage, entraînent une dissociation immédiate par éclatement, du bloc rendu cassant, d'avec la pièce usinée 8 Dans ce cas, seule la pale de turbine libérée du bloc de serrage 7 est évacuée du bain de refroidissement par le convoyeur 13 D'une manière non représen25 tée sur la figure 1, les éclats du bloc de serrage sont prélevés individuellement du bain de refroidissement et dirigés vers un poste de réutilisation Pour le cas o les contraintes internes engendrées dans le bloc de serrage 7 lors du refroidissement 30 ne suffisent pas pour dissocier ce bloc de la pale 8 par éclatement, il est prévu, en aval du bain de refroidissement 12, un moyen de butée réalisé sous la forme du marteau 14 Dès que le groupe compact 6 atteint la zone d'action du marteau 14 après sa sortie du bain de refroi- dissement ou après le refroidissement jusqu'à la température de fragilité du matériau constituant le bloc de serrage, l'électro-aimant 22 est actionné et, de ce fait, par un pivotement imprimé au levier coudé 18 autour de l'axe 17, 5 il projette ledit marteau contre le bloc de serrage 7 qui vole en éclats par suite de ses contraintes internes Un léger choc, exercé par le marteau 14 sur le bloc 7 amené à de basses températures, suffit pour dissocier par éclatement ledit bloc 7 de la pale 8 Il en résulte à coup sûr 10 que le matériau constituant le bloc de serrage se détache de la pale 8 usinée, laquelle peut être dirigée vers des postes de traitement ultérieur sans nécessiter de reprise. Le bloc de serrage 7 se dissocie de la pale de turbine sans résidus et cette dissociation dudit bloc 7 n'entraîne 15 pas de déformations de ladite pale. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et au dispositif décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé pour détacher des pièces à usiner de blocs de serrage venus de coulée ou de moulage par injection, dans lesquels lesdites pièces sont partiellement noyées afin d'être retenues sans contraintes lors de leur usinage sur une machine-outil, notamment une meuleuse-rectifieuse, de telle sorte que la pièce à usiner et le bloc de serrage forment à chaque fois un groupe compact, le coefficient de dilatation thermique du matériau constituant ledit bloc de serrage étant plus grand que celui de la matière de la pièce à usiner, procédé caractérisé par le fait que le bloc de serrage est réalisé en un matériau qui devient cassant en présence d'une température caractéristique de ce matériau; par le fait que le groupe compact est refroidi,après l'usinage de ladite pièce, au moins 15 jusqu'à cette température de fragilité dudit matériau constituant le bloc; et par le fait que ledit bloc de serrage est dissocié de ladite pièce par éclatement, en tirant parti des contraintes internes qui s'opèrent, lors du refroidissement, par suite des différences entre 20 les coefficients de dilatation thermique du bloc de serrage et de la pièce à usiner. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bloc de serrage refroidi au moins jusqu'à sa température de fragilité est sollicité mécanique25 ment de l'extérieur afin de provoquer son détachement par éclatement d'avec la pièce usinée. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le bloc de serrage refroidi au moins jusqu'à sa température de fragilité est sollicité par des 30 chocs ou par des heurts impulsifs. 4 Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que, pour provoquer le déta- chement par éclatement d'avec la pièce usinée, la surface du bloc de serrage refroidi au moins jusqu'à sa température de fragilité est éraflée par effleurement. Procédé selon l'une quelconque des revendica5 tions 1 à 4, caractérisé par le fait qu'on utilise un bloc de serrage en zinc ou en zinc coulé sous pression. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les groupes compacts sont refroidis jusqu'à la température de l'azote liquide. 10 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que, après l'usinage des pièces, des groupes compacts se succédant sont, les uns à la suite des autres, convoyes automatiquement à la sortie de la machine-outil vers un dispositif de refroidissement dans lequel ils sont refroidis, pour provoquer l'éclatement du bloc de serrage, au moins jusqu'à la température de fra-. gilité du matériau constituant ce bloc; et par le fait que, apres l'éclatement dudit bloc de serrage, les pièces sont évacuées en vue de la poursuite de leur usinage ou de leur 20 façonnage, respectivement. 8 Dispositif pour détacher des pièces à usiner de blocs de serrage venus de coulée ou de moulage par injection, dans lesquels lesdites pièces à usiner sont partiellement noyées afin d'être retenues sans contraintes 25 pendant leur usinage sur une machine-outil, notamment une meuleuserectifieuse, de telle sorte que la pièce à usiner et le bloc de serrage forment à chaque fois un groupe compact, notamment pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dis30 positif caractérisé par le fait que sont associés à la machine-outil ( 1) un dispositif de refroidissement ( 12) et un moyen de convoyage ( 13) qui saisissent les groupes compacts ( 6) après que les pièces ont été usinées dans ladite machine, les transportent dans ledit dispositif de refroidissement ( 12) et évacuent la pièce usinée ( 8) de ce dispositif de refroidissement après qu'a eu lieu le refroidissement au moins jusqu'à la température de fragilité du matériau constituant le bloc de serrage. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'un moyen de butée ( 14) se trouve dans le dispositif de refroidissement ( 12) ou en aval de ce dispositif, pour solliciter mécaniquement le bloc de serrage ( 7) refroidi au moins jusqu'à sa température de fragili10 té. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le moyen de butée est réalisé sous la forme d'un outil de percussion ou marteau ( 14) mobile dans la trajectoire d'acheminement (piste de convoyage 13) 15 des groupes compacts ( 6) refroidis. 11 Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le moyen de butée se présente sous la forme d'une arête de butée en saillie dans la trajectoire d'acheminement des groupes compacts refroidis. 12 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé par le fait que le moyen de butée est conçu pour érafler par effleurement la surface des groupes compacts ( 6) refroidis. 13 Dispositif selon l'une quelconque des revendi25 cations 8 à 12, caractérisé par le fait que le dispositif de refroidissement ( 12) consiste en un bain de refroidissement empli d'azote liquide.