Brevet FR2554373A1 — publié le 19850510

Dispositif d'usinage par étincelage L'invention concerne l'usinage de pièces métalliques par étincela- ge. Elle s'applique en particulier au perçage d'un trou débouchant dans une pièce métallique. Les dispositifs classiques d'usinage par étincelage comportent une électrode pleine munie d'un vibreur, de fréquence fixe 50 Hertz, qui entr3ine l'électrode dans son mouvement. Un signal électrique est envoyé dans l'électrode afin de provoquer une décharge électrique de faible durée entre l'électrode et la pièce métallique à usiner aux moments o l'électrode se trouve à une certaine distance de la pièce, créant ainsi un plasma et par là-même un enlèvement de matière. Si ces dispositifs classiques d'usinage par étincelage donnent de façon générale des résultats satisfaisants, ils ne permettent pas, toute- fois, de percer des trous de diamètre important avec de bons résultats. En effet, dans ces dispositifs, les vibrations du vibreur sont en- gendrées par des moyens électromagnétiques qui utilisent comme source un si- gnal électrique synchronisé avec le signal envoyé dans l'électrode pour pro- voquer la décharge électrique entre l'électrode et la pièce. Or, la déchar- ge électrique n'a lieu que si la distance entre l'électrode et la pièce a une certaine valeur au moment o la tension et l'intensité du courant ali- mentant l'électrode atteignent leur valeur maixmale. Comme les déplacements de l'électrode qui vibre sont fonctions de l'inertie de l'ensemble formé par l'électrode et son système de liaison au vibreur, lorsque cette inertie est trop importante, ce qui est le cas pour le perçage de trous de gros dia- mètre, la synchronisation entre les déplacements de l'électrode et la ten- sion et l'intensité du courant de 50 Hz alimentant l'électrode est diffici- le; le déclenchement de la décharge électrique et donc l'usinage de la piè- ce est par conséquent quasi-impossible. On pourrait remédier à cet inconvénient en diminuant la fréquence du courant alimentant l'électrode, mais on augmenterait ainsi le temps d'u- sinage. Un autre inconvénient des dispositifs classiques d'usinage par étincelage réside dans le fait que l'électrode n'est guidée qu'à sa partie extrême, donc sur une faible longueur. Ce mauvais guidage donne à l'électro- de un degré de liberté supplémentaire, perpendiculairement à la direction d'usinage: on enlève ainsi un volume de matière plus important, ce qui au- gmente le temps d'usinage; en outre, le travail réalisé ne peut pas être précis. La présente invention remédie aux inconvénients des dispositifs précités. Elle a pour but un dispositif d'usinage par étincelage permettant le perçage dans une pièce métallique d'un trou de diamètre important, avec une très bonne vitesse d'usinage, un excellent guidage de l'électrode et une grande précision. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif d'usina- ge par étincelage destiné au perçage dans une pièce métallique d'un trou cy- lindrique débouchant, comportant une électrode, un liquide diélectrique bai- gnant les parties de l'électrode en contact avec la pièce, des moyens de guidage de l'électrode dans une direction normale à la pièce, des moyens pour provoquer une décharge électrique entre l'électrode et la pièce et des moyens pour faire vibrer axialement l'électrode. Selon l'invention, l'électrode est un tube cylindrique dont la forme et les dimensions extérieures correspondent au trou à percer. Dans un mode préféré de réalisation du dispositif -selon l'inven- tion, l'électrode est montée autour d'un tube support le long duquel elle est susceptible de coulisser; le tube support est placé contre la pièce mé- tallique, perpendiculairement à celle-ci, au niveau du trou à percer, par l'intermédiaire d'une embase, et muni de moyens de maintien dans cette posi- tion. Selon une première caractéristique de ce mode de réalisation, l'é- lectrode est montée autour du tube support par l'intermédiaire d'un four- reau. De préférence, le fourreau est muni de moyens de déplacement en translation longitudinale et de commande de ce déplacement. Selon une deuxième caractéristique de ce mode de réalisation, le fourreau et l'électrode sont munis de moyens électromagnétiques coopérant l'un avec l'autre pour faire vibrer l'électrode. Selon une autre caractéristique, l'embase est percée d'au moins un canal communiquant avec au moins un tube placé à l'intérieur du tube sup- port et mis en dépression de façon à faire circuler le diélectrique, renou- velé en permanence le long de la paroi extérieure de l'électrode. Selon une autre caractéristique, l'embase est percée d'au moins un canal s'ouvrant sur la pièce métallique d'une part et sur au moins un tu- be placé à l'intérieur du tube support et mis en dépression de façon à main- tenir contre l'embase la carotte formée dans la pièce métallique au cours de l'usinage. De façon avantageuse, les moyens de maintien du tube support contre la plaque métallique sont constitués d'un portique solidaire du tube support et fixé à la plaque au moyen de ventouses. Afin que l'invention soit mieux comprise, celle-ci va être décri- te de façon plus précise dans un mode de réalisation préféré décrit unique- ment à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés. La figure I représente une coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention en cours d'usinage d'une pièce métallique sur laquelle il est fixé. La figure 2 représente une coupe suivant AA de la figure 1. Le dispositif selon l'invention est destiné à percer dans une piè- ce métallique 1 un trou débouchant dont l'emplacement est repéré par 2. Le diamètré du trou à percer peut par exemple être voisin de 60 mm. Un portique, constitué d'une plaque 3 supportée par au moins deux cylindres 4 fixés à la plaque métallique à percer 1 constitue le support du dispositif selon l'invention. Les cylindres 4 sont ajourés de façon à per- mettre leur décontamination, dans le cas o l'usinage à effectuer a lieu en milieu irradié. Les cylindres 4 sont fermés chacun par une pièce d'extrémi- té 5 constituant avec la plaque métallique 1 une chambre étanche 6 qui peut être mise en dépression par l'intermédiaire d'un tube 7 dont l'une des ex- trémités s'ouvre sur la chambre 6 et l'autre extrémité s'ouvre sur un canal 8 constituant une prise à vide. Les chambres 6 constituent alors des venteu- ses qui permettent au portique de se fixer sur la pièce métallique à usi- ner. Le portique comporte en outre un tube 9 dont l'une des extrémités est soudée à la plaque 3 dans sa partie centrale et dont l'autre extrémité se termine par une embase 9' qui est plaquée contre la pièce métallique. Dans le mode représenté, puisque la pièce métallique 1 est plane, le tube 9 est bien sûr de même longueur que les cylindres 4: il est ainsi maintenu dans une position fixe pendant tout l'usinage. Dans le cas o la pièce mû- tallique aurait une surface plus complexe, les longueurs des cylindres 4 et du tube 9 pourraient bien sûr être différentes. Le tube 9 constitue un tube-support le long duquel le dispositif d'usinage est susceptible de coulisser. Le dispositif d'usinage est constitué d'une électrode 10 montée autour du tube-support 9 par l'intermédiaire d'un fourreau ll. L'électrode 4373 comporte des ergots 12 correspondant à des cannelures 13 du fourreau 11 et est ainsi animée des mêmes mouvements de translation que le fourreau 11 lorsque celui-ci coulisse le long du tube-support 9. Il existe toutefois un léger jeu axial entre les ergots 12 et les électrodes 13 (de 5 à 10 mm par exemple), afin que l'électrode 10 ait la possibilité d'être animée de vibra- tions (de 5/10 mm par exemple). Dans ce but, le fourreau 11 comporte un lo- gement pour une bobine 14 qui, mise sous tension, peut coopérer avec un aimant 15 de forme annulaire fixé à la paroi interne de l'électrode 10 pour provoquer des vibrations de l'électrode par rapport au fourreau 11 donc par rapport à la pièce à usiner 1, la fréquence de ces vibrations étant bien sûr fonction du courant d'alimentation de la bobine 14. Le fourreau 11 a ici été réalisé en deux pièces afin de faciliter le montage de la bobine 14; il est réalisé en un matériau isolant, par exemple en polyuréthane dur. Le fourreau Il est relié par l'intermédiaire de tiges de guidage 16 et d'une plaque de liaison 18 à un dispositif 17 de commande des déplace- ments en translation longitudinale de l'électrode 10 au fur et à mesure de l'usinage. Le dispositif 17, rendu solidaire de la plaque 3 du portique par des moyens non représentés, comporte un moteur pas à pas dont le fonction- nement est, de façon classique, asservi à la position de l'électrode 10. L'amplitude du déplacement longitudinal de l'électrode 10 est fonction de l'épaisseur de la pièce à usiner 1. L'électrode 10 est réalisée en laiton mais elle peut, à son extré- mité inférieure, qui effectue l'usinage proprement dit, être réalisée en un matériau conducteur plus résistant à l'usure tel que le matériau commercia- lisé sous la marque "SPARKAL". Sur la figure 1, l'électrode 10 a été repré- sentée en cours d'usinage; c'est-à-dire qu'elle a déjà constitué dans la pièce métallique 1 un évidement annulaire 19. Pour que le dispositif fonc- tionne il faut bien sûr que cet évidement 19 soit constamment rempli de li- quide diélectrique, par exemple de l'eau. Dans ce but, le liquide diélectri- que est introduit le long de la paroi extérieure de l'électrode 10, dans l'évidement 19, comme ceci est indiqué par les flèches fl. Le liquide remon- te ensuite le long de la paroi intérieure de l'électrode 10. Au cours de l'usinage, le liquide diélectrique se charge de sphé- rules qui sont les débris d'usinage qu'il est nécessaire d'évacuer. Dans ce but, l'embase 9' est-percée de canaux 20 communiquant chacun avec des tubes 21 placés à l'intérieur du tube-support 9. Au cours de l'usinage, ces tubes 21 sont mis en dépression de façon à évacuer le liquide diélectrique chargé de sphérules comme l'indiquent les flèches f2. L'embase 9' comporte également une chambre 22 s'ouvrant sur la pièce métallique 1 d'une part et sur un tube 23 placé à l'intérieur du tube- support 9, et rendue étanche au moyen de joints 24. Au cours de l'usinage, des moyens d'aspiration non représentés, placés à l'extrémité du tube 23 op- posde à la chambre 22 permettent la mise en dépression de la chambre 22, comme l'indique la flèche f3. Cette dépression permet de maintenir contre l'embase 9' la carotte 25 formée dans la pièce métallique au cours de l'usi- nage. La carotte 25 peut ainsi, à la fin de l'usinage, être retirée en même temps que le dispositif d'usinage. Un câble 26 alimente l'électrode 10, Cette alimentation est du type fort ampérage, faible tension, de façon à provoquer une décharge élec- trique entre l'électrode 10 et la pièce 1. Un câble électrique 27 alimente la bobine 14 afin de faire vibrer l'électrode 10. Cette alimentation est du type faible tension, faible ampérage. Le signal électrique commun à l'ali- meatation de la bobine 14 et à l'alimentation de l'électrode 10 est à une fréquence de 50 Hertz ou multiple de 50 Hertz. Il est alternatif non redres- sé ou de préférence à double alternance redressée. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le sui- vant: on met en place le portique supportant le dispositif au moyen des ventouses 6. On approche l'électrode 10 de la pièce 1 au moyen du disposi- tif 17. On déclenche les vibrations de l'électrode et on alimente celleci afin de provoquer les décharges électriques. Le phénomène d'étincelage se produit, provoquant l'usinage de la pièce 1. Le dispositif 17 permet une avance de l'électrode au fur et à mesure de l'usinage. A la fin de celui- ci, le dispositif est retiré, ainsi que la carotte 25. Le dispositif que l'on vient de décrire présente de nombreux avan- tages: il permet d'usiner la pièce 1 de façon rapide, car d'une part la quantité de matière à enlever est faible puisque l'électrode est tubulaire et guidée sur une grande longueur, et d'autre part la fréquence des déchar- ges électriques peut être grande puisque l'inertie des pièces est ici fai- ble (la seule pièce qui vibre est l'électrode et non pas un ensemble formé de l'électrode et de son système de liaison au vibreur) et permet d'utili- ser une fréquence élevée à double alternance redressée sans nuire à la bon- ne synchronisatioqn entre les déplacements de l'électrode et la tension et l'intensité du courant alimentant l'électrode. En outre le dispositif selon l'invention permet un usinage très précis da au très bon guidage de l'électrode par l'intermédiaire du four- reau. De plus, les déchets produits au cours de l'usinage sont en quan- tité limitée du fait que la quantité de matière enlevée est de faible volu- me; cette faible quantité de débris est très bien éliminée par les canaux 21. La carotte qui subsiste après usinage est éliminée très facilement elle- aussi grâce à la mise en dépression du tube 23. On peut ajouter que le dispositif selon l'invention permet de per- cer des trous de gros diamètre sue site, à des endroits o il serait diffi- cile de travailler avec des outils classiques tels que des tarauds. Le dis- positif selon l'invention est en effet peu encombrant et peut travailler dans diverses positions et en particulier à l'horizontale. On peut ainsi utiliser le dispositif selon l'invention pour percer le bouclier thermique d'un réacteur nucléaire afin de pouvoir introduire des bouchons dans le cloisonnement du coeur. On peut alors utiliser comme diélectrique l'eau borne de la piscine du réacteur, l'eau chargée de sphérules évacuée par les tubes 21 étant recyclée au moyen d'un filtre avant d'être rejetée dans la piscine. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit uniquement à titre d'exemple mais elle couvre également les autres modes qui n'en différeraient que par des détails, par des varian- tes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents, dans le cadre des revendications. REVENDICATIONS I.- Dispositif d'usinage par étincelage destiné au perçage dans une pièce métallique d'un trou cylindrique débouchant, comportant une iélec- trode, un liquide diélectrique destiné à baigner les parties de l'électrode en contact avec la pièce, des moyens de guidage de l'électrode dans une di- rection normale à la pièce, des moyens pour provoquer une décharge électri- que entre l'électrode et la pièce et des moyens pour faire vibrer axiale- ment l'électrode, caractérisé par le fait que l'électrode est un tube cylindrique (10) dont la forme et les dimensions extérieures correspondent au trou (2) à percer. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'électrode (10) est montée autour d'un tube- support (9) le long duquel elle est susceptible de coulisser, le tube-sup- port (9) étant placé contre la pièce métallique (1), perpendiculairement à celle-ci, au niveau du trou à percer (2), par l'intermédiaire d'une embase (9') et munie de moyens (3, 4) de maintien dans cette position. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'électrode (10) est montée autour du tubesup- port (9) par l'intermédiaire d'un fourreau (11). 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le fourreau (11) est muni de moyens (16, 17) de déplacement en translation longitudinale et de commande de ce déplacement. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que le fourreau (11) et l'électrode (10) sont munis de moyens (14, 15) électromagnétiques coopérant l'un avec l'autre pour faire vibrer l'électrode (10). 6.- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que l'embase (9') est percée d'au moins un canal (20) communiquant avec au moins un tube (21) placé à l'intérieur du tube- support (9) et mis en dépression de façon à faire circuler le diélectrique, renouvelé en permanence le long de la paroi extérieure de l'électrode (10) . 7.- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que l'embase (9') est percée d'au moins un canal (22) s'ouvrant sur la pièce métallique (1) d'une part et sur au moins un tu- be (23) placé à l'intérieur du tube-support (9) et mis en dépression de façon à maintenir contre l'embase (9') une carotte (25) formée dans la piè- ce métallique (1) au cours de l'usinage. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que les moyens de maintien du tube-support (9) contre la plaque métallique (1) sont constitués d'un portique (3, 4) soli- daire du tube-support (9) et fixé à la plaque métallique (1) au moyens de ventouses (5, 6).