Brevet FR2567781A1 — publié le 19860124

"Procédé d'usinage électrochimique pour enlever les zones en surépaisseur ou les bossages de la surface d'une pièce métallique réactive." La présente invention concerne un procédé d'usinage électrochimique pour enlever de façon électrochimique des zones en surépaisseur à la surface de pièces en métal réactif. Le procédé utilise un usinage parallèlement à une face de la pièce par opposition à l'usinage perpendiculaire à la pièce pour usiner de façon électrochimique avec une électrode mise en forme. De façon caractéristique, l'usinage électrochimique se fait en mode perpendiculaire à une face c'est-à-dire par enfoncement dans une cavité. De façon générale, l'électrolyte est pompé par le milieu de l'élec- trode et s'écoule vers l'extérieur; de façon caractéris- tique, l'écoulement n'est pas contrôlé par rapport à la pièce et le fluide revient dans une bâche pour être remis en circulation. La tension entre l'outil et la pièce per- met l'évacuation de la matière par rapport à la surface de la pièce par l'électrolyte conducteur d'électricité. (en général NaCl ou NaKNO3). De façon générale, l'outil est introduit dans la pièce à une vitesse faible, corres- pondante pour éviter la formation d'arcs. Eviter la formation d'arcs est une question particulièrement importante pour des métaux réactifs, car la formation d'un arc peut entraîner des particules de dimensions importantes d'oxyde insoluble qui gênent l'enlèvement en surface. Il en résulte que l'usinage électrochimique n'est pas utilisé en général pour des pièces en métal réactif. Les pièces en métal réactif se tra- vaillent en général par meulage. Toutefois le meulage est un travail lent et coûteux. Le brevet U.S 3 445 372 (Fromson) décrit l'usinage électrochimique parallèlement à la sur- face en utilisant des angles réduits allant Jusqu'à l'an- gle nul et avec une électrode formée pour enlever unifor- mément la matière en assurant la compensation du chemine- ment circulaire. Toutes les parties de la pièce se trou- vent sous l'électrode pendant la même durée, l'électrode débordant par rapport au centre de rotation pour compen- ser le déplacement plus rapide de la surface. Dans le mode de réalisation préférentiel avec une surface inclinée, la vitesse de défilement est déterminée par l'angle et par la vitesse d'enlèvement de matière. La présente invention concerne un pro- cédé d'usinage électrochimique pour enlever les zones en surépaisseur ou les bossages de la surface d'une pièce métallique réactive, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on mesure la pièce pour déterminer la position de la zone en surépaisseur et la quantité de matière à enlever, on positionne un outil d'usinage électrochimique en forme de coin avec un angle nul, en ligne sur le milieu de la zone en surépaisseur et on déplace cet outil parallèlement à la surface de la pièce en travers de la zone en sur- épaisseur, suivant un produit de l'intensité par l'inverse de la vitesse, et qui est essentiellement proportionnel à la quantité de matière à enlever. On peut usiner de façon électrochimi- que les pièces métalliques réactives pour éliminer les zones en surépaisseur à la fois sur les pièces en forme de feuilles et sur des tubes. On a constaté que pour les tubes, de tels défauts diminuent progressivement en douceur dans toutes les directions à partir d'un point haut. On peut ainsi utiliser un seul outil en forme de coin pour éliminer la plupart des défauts d'un produit déterminé. La vitesse et/ou le courant peuvent se commander pour modifier la quantité de matière enlevée le long de la ligne médiane du mouvement de l'outil et la forme de coin de l'outil se traduit par un enlèvement de matière, réduit de façon correspondante lorsqu'on s'éloigne du milieu de l'outil (en général avec un outil triangulaire, l'enlèvement de matière par rapport à la ligne médiane est inversement proportionnel à la distance par rapport à cette ligne médiane). En premier lieu, on mesure la pièce pour localiser le point ou la zone en surépaisseur qu'il faut enlever. Puis, on place un outil d'usinage électro- chimique en forme de coin, avec un angle nul de façon que la zone dans laquelle la plus grande partie de métal qui doit etre enlevée se trouve alignée sur le milieu de l'outil. Puis, on déplace l'outil parallèlement à la surface de la piece en travers du point haut suivant l'inverse du pro- duit vitesse-intensité, essentiellement proportionnelle- ment à la quantité de matière à enlever le long de la ligne médiane de déplacement de l'outil. Ainsi pendant que l'outil est déplacé, au début une quantité relative- ment faible de matière est enlevée, puis lorsque l'outil se rapproche du point haut, l'enlèvement de matière est de plus en plus important jusqu'à atteindre l'enlèvement maximum au point haut, puis cet enlèvement diminue de nouveau. Dans le cas d'une feuille, l'enlèvement d'une surépaisseur médiane telle qu'elle peut résulter du flé- chissement d'un cylindre d'un laminoir peut être relati- vement constant et on peut utiliser une vitesse constante et un courant constant sur des longueurs relativement importantes, la forme de coin de l'outil assurant l'enlè- vement d'une quantité moindre de matière suivant la ligne médiane de la bande. La présente invention sera décrite de façon plus détaillée à l'aide de différents modes de réa- lisation donnés à titre d'exemple, représentés aux des- sins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe transver- sale d'une bande ayant un défaut de couronne, importante. - la figure 2 est une coupe transver- sale d'un tube ayant un défaut sur sa surface extérieure, défaut souligné par le contour de la surface du tube. - les figures 3A et 3B sont des sché- mas de surfaces conductrices d'outil en forme de coins pour la finition d'une bande de matière réactive. - la figure 4 est un graphique montrant le temps de séjour, "en forme de coin", sous l'électrode et l'enlèvement de matière en fonction de la distance par rapport au milieu de l'électrode pour les configurations 3A et 3B. La figure 1 montre de façon exagérée la forme bombée que l'on obtient souvent dans la fabrica- tion d'une bande plate. On voit que l'endroit o il faut enlever la plus grande partie du métal se trouve sur ou au niveau du milieu de la bande et la quantité de matière à enlever diminue en douceur dans les deux directions. Pour un courant donné, l'enlèvement de matière par usinage électrochimique (électro-érosion) est en général propor- tionnel au temps de séjour sous l'électrode (la tension entre l'électrode et la pièce est constante sur toute la surface de l'électrode). On voit que les parties les plus hautes de la zone bombée, qui demandent l'enlèvement le plus important de métal, doivent séjourner plus longtemps sous l'électrode. Cela se réalise à l'aide d'une électrode en forme de coin qui est plus longue au milieu de la bande 12 qu'aux bords 14 (on a normalement des tolérances avec un outil qui est plus étroit que la largeur complète de la bande). Lorsque l'outil est déplacé parallèlement à la surface (perpendiculairement à la section transversale comme représenté à la figure 1), l'outil se trouve plus longtemps au-dessus de la partie médiane 12 qu'au-dessus des parties extérieures 14 et ainsi l'enlèvement de métal est plus important au milieu, ce qui assure l'aplatisse- ment de la bande dans les limites déterminées. Dans un matériau en forme de bande, la zone en surépaisseur peut être relativement constante sur de grandes longueurs de bande, de sorte que la vitesse de défilement et le courant peuvent être méintenus relativement constants sur la plus grande partie de la bande. La figure 2 montre un défaut d'un tube. Alors qu'éventuellement on a un défaut long, analo- gue à une partie bombée, sur un tube de tels défauts s'étendent de façon caractéristique sur des longueurs relativement réduites des tubes et suivant des angles variables autour du tube. Lorsqu'un tel défaut est loca- lisé, on peut utiliser un outil ayant une surface conduc- trice analogue par exemple à celui de la figure 3A mais qui est modifié suivant une forme semi-cylindrique pour s'adapter approximativementsur la moitié de la périphérie du tube particulier. On fait tourner le tube sous l'outil d'électro-érosion pour aligner le milieu de la surépais- seur sur le milieu de la surface conductrice de l'outil. Puis, on déplace l'outil parallèlement à la surface (de façon générale longitudinalement et parallèlement à l'axe du tube). On peut guider l'outil pour qu'il suive par exemple un défaut en hélice. Le produit du courant par l'inverse de la vitesse de défilement de l'outil est com- mandé de façon à être essentiellement proportionnel à la quantité de métal à enlever suivant la ligne médiane du mouvement de l'outil. La quantité de matière enlevée de la ligne médiane est proportionnellement moindre à cause de la forme de coin de l'outil. Pour une électrode appropriée, on peut également enlever la matière de l'intérieur d'un tube en mettant en oeuvre la présente invention. Les figures 3A et 3B montrent les surfaces conductrices d'outils en forme de coin servant à l'usinage électrochimique (électro-érosion) d'une bande plate. L'électrolyte est pompé à la périphérie et s'écoule entre la face conductrice pour sortir à travers les fentes 16. De façon caractéristique, cette forme de coin est assimilable à un triangle isocèle, la base étant supérieu- re aux deux côtés égaux, car une telle forme donne de bons résultats et sa fabrication est facile. Cependant dans le cadre de la présente invention, l'expression "forme de coin" signifie toute forme grossièrement symétrique (y compris une forme de dôme aplatie ou une forme de diamant comme cela est représenté à la figure 3B) et qui assure un temps de séjour plus long sous l'électrode pour la par- tie médiane ou centrale que pour les parties de chaque côté. La figure 4 montre le temps de séjour en "forme de coin" sous l'électrode et l'enlèvement de matière en fonction de la distance par rapport au milieu de l'élec- trode (perpendiculairement à la direction de déplacement) pour une intensité de courant de 1000 ampères pour les formes selon les figures 3A et 3B. De façon préférentielle, la vitesse du mouvement de l'outil est maintenue essentiellement cons- tante et le courant varie proportionnellement à la quantité de matière enlevée. Dans certains procédés tels que la fabrication de bandes plates, le bossage tend à augmenter de façon connue au cours de la fabrication. Dans ce cas, la position et l'amplitude de la partie en surépaisseur peuvent se mesurer sur une pièce ou sur un nombre relati- vement réduit de pièces et ces résultats peuvent servir à l'usinage électro-chimique de nombreuses pièces. Cette utilisation d'une seule pièce servant à la mesure (ou d'un Jeu de pièces) pour l'usinage électrochimique d'un grand nombre de pièceslorsque ce grand nombre de pièces est fabriqué sur la même machine et entraîne probablement les mêmes déviations, réduit le temps de l'examen. Cette technique s'est avérée particu- lièrement intéressante pour l'usinage des alliages de zir- conium. Selon un exemple, on a usiné une pièce plate en réglant un intervalle (entre l'outil et la pièce) à 0,55 mm avec des débits de 12 mm par minute, 25 mm par minute, , 75, 100 et 450 mm par minute en utilisant des boutons isolants pour maintenir l'écartement de l'intervalle et un outil d'angle nul (la face de l'outil étant principale- ment parallèle à la surface de la pièce). I1 n'y a eu aucune formation d'arc quelle que fut la vitesse. En plus de la modification du débit, on a également modifier la tension (et ainsi l'intensité). Les enlèvements ont été de 6,2510-3 mm et 450 mm par minute jusqu'à 0,57 mm jusqu'à 25 mm par minute de débit. De façon préférentielle, le débit de l'électrolyte se fait du joint périphérique vers l'inté- rieur. Cet écoulement vers l'intérieur (écoulement inverse) donne une pression réglée et permet de réaliser une surfa- ce notablement plus lisse. On estime que l'écoulement vers l'intérieur réduit au minimum l'instabilité engendrée par l'écoulement en canaux vers l'extérieur, habituel. L'écou- lement en canaux tend. à un plus grand écoulement et ainsi l'électrolyte le plus frais se trouve dans les zones dans lesquelles les canaux d'écoulement sont les plus profonds. Ainsi l'écoulement vers l'extérieur a un effet déstabilisa- teur et tend à favoriser les striures de surface plutôt que d'assurer une surface lisse. La pression plus uniforme de l'écoulement inverse (vers l'intérieur) réduit au mi- nimum cet effet. R E V ú N D I C A T I 0 N S 1 ) Procédé d'usinage électrochimique pour éliminer les zones en surépaisseur de la surface d'une pièce en métal réactif, procédé caractérisé en ce qu'on mesure la pièce pour déterminer la position de la zone en surépaisseur (12) et la quantité de matière à enlever, on positionne un outil d'usinage électrochimique en forme de coin avec un angle nul, en ligne sur le milieu de la zone en surépaisseur (12)et on déplace cet outil parallèlement à la surface de la pièce en travers de la zone en sur- épaisseur, suivant un produit de l'intensité par l'inverse de la vitesse, et qui est essentiellement proportionnel à la quantité de matière à enlever. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface est la surface extérieure d'un tube. ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'outil en forme de coin a une sur- face active qui s'adapte approximativement à la moitié de la périphérie du tube à usiner. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la pièce en métal réactif est de l'alliage de zirconium. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la vitesse du mouvement de l'outil est maintenue essentiellement cons- tante et l'intensité est modifiée proportionnellement à la quantité de matière à enlever. 6 ) Procédé-selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on mesure une zone en surépaisseur sur une pièce et on usine de façon électrochimique plusieurs pièces de la même manière que cela est nécessaire pour la pièce mesurée, les pièces analogues fabriquées sur le même équipement étant supposées avoir des défauts analogues et devoir être usinées de façon analogue pour réduire le temps d'examen.