Brevet FR2563137A1 — publié le 19851025

L'invention concerne un appareil d'usinage par étincelage de la surface d'un cylindre de travail, et plus particulièrement une électrode perfectionnée et un montage perfectionné de cette électrode dans un tel appareil. L'utilisation d'un cylindre à finition satinée ou mate pour le laminage à froid d'acier en tôle ou en bandes pour texturer la surface du produit fini est pratiquée par l'industrie de l'acier depuis un certain temps. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 754 873 décrit cette pratique ainsi qu'un procédé permettant d'obtenir une telle finition. Ce brevet indique que pour former une surface satinée ou texturée sur une matière en feuille ou en bande, les cylindres de traitement de la feuille ou de la bande sont texturés. L'opération consistant à texturer les cylindres s'effectue généralement par la mise en oeuvre de procédés d'usinage par étincelage. Depuis la délivrance du brevet N 3 754 873 précité, l'usinage par étincelage de cylin- dres de laminage à froid de l'acier a fait l'objet de plusieurs brevets parmi lesquels les brevets des Etats- Unis d'Amérique N 3 796 851, N 3 800 117, N Re 28 027 N 3 878 353, N 3 890 481, N 3 941 970, N 3 962 557, N Re 29 399, N 4 219 718, N 4 221 952, N 4 233 485, N 4 242 557 et N 4 287 403. Il convient de noter que parmi les brevets précités, deux de ceux-ci, à savoir le N' 3 800 117 et le N 3 878 353 indiquent que les cylindres peuvent être usinés par des procédés d'étincelage qui nécessitent de monter le cylindre de façon qu'il soit partiellement immergé dans un réservoir de fluide diélectrique en opposition à une électrode de décharge. Les autres brevets précités décrivent diverses constructions d'électrodes ainsi que divers circuits de commande de l'appareil d'usinage par étincelage. De plus, les divers brevets précités ne portent pas nécessairement sur des procédés de fabrication de cylindres de laminage à froid, mais, en fait, sur la mise en oeuvre générale d'un appa- reil d'usinage par étincelage et de l'équipement de commande d'un tel appareil. L'invention concerne en particulier l'usinage par étincelage de cylindres destinés à être utilisés dans la production de feuilles et de bandes, et en parti- culier sur l'appareil pour texturer ou satiner de tels cylindres. Cependant, l'invention peut s'appliquer à la texturation d'un arbre long tel qu'un cylindre de laminage d'écrouissage, un arbre court tel qu'un vilebrequin, une surface d'usure telle qu'un alésage de cylindre, et une surface plate telle qu'une surface de glissière de machine. Bien que donnant satisfaction et étant utiles, les appareils et les procédés antérieurs présentent certains inconvénients. Par exemple, il est difficile d'assurer l'uniformité de la texture ou du motif appliqué à la surface du cylindre, en particulier un cylindre à surface incurvée. La maîtrise de l'opération d'usinage elle-même par réglage de la force, de la durée et de la position des impulsions de décharge électrique, est également difficile. L'invention propose un appareil qui améliore l'aptitude à maîtriser la décharge électrique dirigée vers une surface, en particulier une surface à courbure simple ou à courbure complexe. Brièvement décrite, l'invention concerne un appareil d'usinage par étincelage de la surface d'un cylindre, ce cylindre étant d'un type monté de façon à pouvoir tourner sur un axe longitudinal au-dessus d'un réservoir de fluide diélectrique. Le cylindre est disposé de façon à coopérer avec une électrode qui se déplace au-dessus de la surface du cylindre en produisant une décharge électrique vers le cylindre et en modifiant ainsi l'état de la surface de ce dernier. L'électrode présente une forme cylindrique et est constituée d'une série de galettes ou disques alternativement en matière conductrice et en matière non conductrice, disposés de façon à former une pile composite constituant l'élec- trode de forme cylindrique. On fait circuler un courant électrique à travers les disques conducteurs. De plus, la surface extérieure des disques conducteurs présente un réseau de rainures et ces disques sont montés de façon à pouvoir tourner autour de l'axe du cylindre qu'ils forment. La surface de ce cylindre est placée en face de la surface du cylindre à usiner. Lorsque le cylindre formé par les électrodes est mis en rotation, le fluide diélectrique qui est entraîné dans l'intervalle entre le cylindre à usiner et le cylindre des électrodes pénètre dans les rainures de ce dernier cylindre de façon à s'éloigner de la surface du cylindre à usiner et à rincer ainsi la surface de ce cylindre pendant qu'il est usiné par l'électrode. Le cylindre rotatif formé par les disques est également monté de façon à pouvoir se déplacer transversalement au-dessus de la surface du cylindre à usiner et, de cette manière, il peut être exposé à la totalité de la surface du cylindre à usiner pendant que ce dernier est mis en rotation sur son axe longitudinal. Un dispositif de montage de l'électrode cylindrique offre une commande à trois degrés de liberté. Un circuit est prévu pour commander l'orienta- tion de la surface de l'électrode par rapport à la surface du cylindre en cours d'usinage. Le circuit de commande est également destiné à commander des décharges d'impul- sions électriques à partir des disques conducteurs de l'électrode cylindrique. L'invention a donc pour objet un appareil perfectionné d'usinage par étincelage. L'invention a également pour objet un appareil perfectionné d'usinage par étincelage qui comprend u-n assemblage particulier d'électrodes d'étincelage, cet assemblage étant constitué de disques alternativement conducteurs et non conducteurs qui forment une électrode cylindrique de décharge; L'invention a également pour objet une électro- de d'étincelage constituée de plusieurs disques alternati- vement conducteurs et non conducteurs, dont la surface extérieure présente des rainures destinées à chasser un fluide de la zone de la surface en cours d'usinage pendant que l'électrode est mise en rotation en face de cette surface. L'invention a pour autre objet un dispositif perfectionné d'usinage par étincelage qui comprend un mécanisme destiné à commander une décharge électrique à partir d'une série de disques alternativement conduc- teurs, associés à des disques non conducteurs qui les séparent, de façon à former une électrode cylindrique de décharge. L'invention a pour autre objet un appareil d'étincelage comportant une électrode d'étincelage dispo- sée en face d'une pièce ou d'un cylindre à usiner, l'élec- trode étant cylindrique et commandée de façon à rester convenablement opposée à la pièce sui toute la surface de cette dernier pendant que l'électrode parcourt cette surface. L'invention peut s'appliquer à un arbre long, globalement cylindrique, un arbre court, globalement cylindrique, des alésages sensiblement cylindriques et une surface plate ou légèrement incurvée. L'invention a également pour objet un appareil perfectionné et simplifié d'usinage par étincelage qui permet de mieux maîtriser l'opération d'usinage par étincelage. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une élévation schématique de l'appareil selon l'invention; - la figure 2 est une vue en plan de l'appareil perfectionné représenté sur la figure 1; - la figure 3 est une vue en plan à échelle agrandie de l'électrode cylindrique représentée sur la figure 2; - la figure 4 est une coupe de l'électrode de la figure 2; - - la figure 5 est une vue en plan à échelle agrandie de la surface de l'électrode associée à l'appa- reil selon l'invention; - la figure 6 est une vue partielle en plan à échelle agrandie de l'électrode cylindrique; - la figure 7 est une vue schématique en plan de l'appareil perfectionné selon l'invention, mon- trant le montage et le dispositif de commande de l'élec- trode de décharge; - la figure 8 est un schéma du circuit de commande des décharges électriques de l'électrode de l'appareil selon l'invention; - la figure 9 est une vue en plan à échelle agrandie d'une autre forme de réalisation de l'électrode cylindrique; et - la figure 10 est une vue en plan à échelle agrandie d'une autre variante de l'électrode cylindrique. La description suivante portera surtout sur la forme de réalisation particulière de l'électrode de décharge. associée à l'appareil d'usinage par étincelage ainsi que sur les moyens de montage de cette électrode et de commande des décharges électriques à partir de cette électrode. La partie restante de l'assemblage est bien connue de l'homme de l'at attendu qu'un tel éequipement est disponible et décrit dans un grand nombre des référen- ces précitées. Les figures 1 et 2 représentent donc schémati- quement dans son ensemble l'appareil selon l'invention. Cet appareil comprend un réservoir ou une cuve 10 conte- nant un fluide diélectrique, ainsi qu'il est connu de l'homme de l'art. Un cylindre 14, présentant une surface configurée 16 à texturer, est monté de façon à pouvoir tourner sur des mécanismes appropriés 12 de support. Le cylindre 14 comporte des tourillons 18 qui tournent sur les mécanismes 12 de support et qui, pendant l'opéra- tion d'usinage, sont reliés par un arbre 15 à un disposi- tif d'entraînement, tel qu'une transmission 10 à courroie attaquée par un moteur 17, afin que le cylindre 14 tourne à une vitesse souhaitée et dans un sens souhaité, sur un axe longitudinal 20 associé à ce cylindre 14. Ce dernier est au moins partiellement immergé dans le fluide 11 du réservoir 10, au moins pendant une partie de la rotation du cylindre 14 sur son axe 20, bien que le cylindre 14 puisse être supporté légèrement au-dessus du réservoir. L'électrode 22 est disposée en face du cylindre 14 et un courant électrique est déchargé de cette électro- de à travers un courant 21 de fluide diélectrique sortant d'un tube 23. Le courant est dirigé vers la surface 16 du cylindre 14 afin d'usiner efficacement et de façonner ainsi la surface 16 pour lui donner l'aspect mat ou satiné souhaité. L'électrode 22 repose physiquement sur une plateforme ou un ensemble 24, 24A, 81 de montage commandé de façon à présenter trois degrés de liberté. L'électrode 22 peut donc se rapprocher et s'éloigner de la surface 16 (direction A). Elle peut se déplacer dans une direction (direction B) parallèle à l'axe 20 du cylindre 14. Elle peut pivoter (direction C) autour d'un point tel qu'une pointe de centre 26 associée à l'électrode 22. La pointe 26 se trouve sur une ligne verticale qui s'élève de façon à passer par l'axe de rotation 28 de l'électrode globalement cylindrique 22. Ainsi, la pointe 26 se trouve sur une ligne équidistante des faces opposées de l'électrode cylindrique 22. Les figures 3, 4, 5 et 6 illustrent plus en détail la forme particulière de réalisation de l'élec- trode 22. Les figures 7 et 8 montrent d'autres détails des caractéristiques de réalisation et de commande de l'électrode 22 et de son ensemble 24 de montage. En référence d'abord à la figure 3, on voit que l'électrode 22 est de forme globalement cylindrique. Elle est consti- tuée d'une série de disques 30 et 32 alternativement conducteurs et non conducteurs, respectivement. Les disques 30 et 32 forment un cylindre serré pouvant tourner sur un axe 28. Les disques non conducteurs 32 s'étendent vers la périphérie extérieure du cylindre et isolent les disques conducteurs 30 les uns des autres. Les disques conducteurs 30 présentent des rainures 34 qui forment un motif en V ou en arête de poisson dans l'assem- blage des disques conducteurs 30. La pointe du V peut être sensiblement dans le plan central transversal du cylindre 22, comme montré sur la figure 3, et elle est dirigée en opposition au sens de rotation du cylindre 22 sur l'axe 28. L'angle "X" d'ouverture indiqué sur la figure 3 qui est défini par les côtés opposés du V formé par les rainures 34 est avantageusement inférieur à 180 . Les rainures 34 sont avantageusement espacées sur la périphérie extérieure de chacun des disques conduc- teurs 30 d'une manière uniforme, bien que la configuration, la profondeur et la disposition des rainures 34 sur la surface extérieure du cylindre 22 puissent varier. Comme montré sur la figure 6, chacun des disques conducteurs 30 est avantageusement connecté séparément à une bague 38 conductrice du courant électri- que au moyen d'un connecteur 39. Chaque bague 38 est reliée à une source d'alimentation en énergie qui fournit de l'énergie électrique. En fonctionnement, l'électrode 22 est entraînée autour de l'axe 28. Pendant que l'électrode 22 tourne, les canaux formés par les rainures 34 tendent à produire une action de pompage qui éloigne le fluide diélectrique de la surface 16, en particulier de la zone adjacente à l'intervalle entre l'électrode 22 et le cylindre 14. Ainsi, la matière qui est usinée par la décharge électri- que se produisant à partir des disques conducteurs 30 est éloignée rapidement et aisément de la surface 16, ce qui accroît l'efficacité de l'appareil. La rainure oblique 34 des disques 30 assure qu'au moins une partie de la surface conductrice de chacun des disques séparés 30 se trouve toujours en face de la pièce 14. Autrement dit, une partie non rainu- rée de la surface extérieure du disque 30, comprise entre des rainures successives 34, est toujours adjacente à la surface du cylindre 14. Par exemple, une partie d'une zone 42 est opposée à la surface du cylindre 14, ou une partie d'une zone 44 est opposée à la surface 16, à tous moments, suivant une ligne d'approche maximale entre le cylindre 22 et le cylindre 14. A aucun moment, une rainure 34 ne se trouve seule totalement opposée à la surface 16, car la rainure 34 est inclinée. En pratique, les disques conducteurs 30 sont formés d'une matière conductrice telle que du plomb, du cuivre oudu graphite. Les disques non conducteurs 32 peuvent être réalisés en une matière isolante telle que la "Bakelite" ou une autre matière isolante. Il est en outre avantageux que les disques non conducteurs 32 soient maintenus aussi fins que possible afin d'éviter la formation d'intervalles sur la surface de la pièce en cours d'usinage. La figure 7 montre la façon dont le cylindre rotatif ou l'électrode 22 est maintenu en opposition efficace au cylindre 14 de façonnage ou de travail (direc- tion C sur la figure 2). Il est souhaité, dans l'invention, de maintenir la périphérie ou surface extérieure de l'électrode 22 dans une position définissant globalement un contact linéaire ou une interface d'intersection avec le cylindre 14 à façonner, étant entendu que le cylindre 14 présente, selon toute vraisemblance, une forme bombée, incurvée ou à courbure complexe. Par consé- quent, l'axe 28 est presque parallèle à l'axe 20, mais légèrement en biais afin de maintenir l'alignement appro- prié de l'électrode 22 par rapport à la surface 16. Pour établir cet alignement, des capteurs , 62 sont associés par un circuit électrique aux disques conducteurs extérieurs 64, 66 de l'électrode 22. La chute de tension associée aux disques respectifs 64 et 66 est détectée, comparée et utilisée pour commander l'ensemble 24, 24A, 81 associé à l'électrode 22 afin que cette dernière soit maintenue sensiblement parallèle à la surface du cylindre 14, comme représenté. L'ensemble 24, 24A, 81 est donc commandé de façon à équilibrer la chute de tension à travers les disques 64, 66. Le circuit et le mécanisme de détection particuliers utilisés pour obtenir ce résultat sont connus de l'homme de l'art. Un dispositif de montage particulier sera décrit ci-dessous en référence aux figures 1 et 2. Comme montré sur les figures 1 et 2, on peut communiquer à l'ensemble à plate-forme trois mouvements indépendants. Le premier mouvement de direction A, indiquée sur la figure 1, est obtenu au moyen d'un cylindre hydraulique asservi 71 qui déplaoe la plate-forme 24 le long de rails 73 et 75 de guidage afin de la rapprocher et de l'éloigner-du cylindre 14. Le deuxième mouvement de direction B, qui est globalement parallèle à l'axe 20, s'effectue par déplacement de la plate-forme 24A sur des rails de guidage parallèles 77, 79 qui coopèrent avec un méca- nisme à écrou et vis relié à la partie inférieure de la plate-forme 24A. La troisième direction de mouvement de l'élec- trode 22, à savoir la direction indiquée en C sur la figure 2 et qui a été décrite précédemment en regard de la figure 7, est obtenue au moyen d'un ensemble à crémaillère et pignon asservi, comme représenté sur les figures 1 et 2. En particulier, une plate-forme 81 d'électrode est montée de façon à pouvoir tourner autour de l'axe 26 sur la plate-forme 24. La plate- forme 81 comporte une crémaillère ou couronne dentée circonférentielle 83 coopérant avec un pignon 85 commandé par un servomoteur 87. Ce dernier est lui-même commandé conformément à ce qui a été décrit précédemment en regard de la figure 7. La figure 8 illustre une autre caractéristique de l'invention, à savoir un circuit qui transmet des cycles d'impulsions de courant aux disques conducteurs 30. En particulier, une source 70 de commande d'impulsions transmet simultanément un signal à diverses horloges 72, 74, 76 associées respectivement à des disques conduc- teurs séparés 30. Les horloges individuelles 72, 74, 76 retardent d'une valeur prédéterminée le déclenchement de portes associées 78, 80, 82 afin de commander le passage du courant provenant de sources d'énergie 84, 86, 88 qui leur sont associées. Cet agencement permet à chacun des disques conducteurs séparés 30, disposés côte à côte selon un assemblage dans lequel ils sont séparés les uns des autres, d'être commandé séquentielle- ment afin que, par exemple, des disques adjacents 30 reçoivent séquentiellement des impulsions de courant. Le cycle et le choix particuliers de la séquence d'impul- 11- 12 1 3- sions peuvent être ajustés afin de faire varier le motif d'usinage électrique par action sur les réglages des horloges ou éléments de temporisation 72, 74, 76. Les figures 9 et 10 représentent d'autres formes de réalisation de l'électrode 22. La figure 9 représente une électrode possédant un axe 28 et réalisée sensiblement comme l'électrode décrite précédemment en regard des figures 6, 3 et 5. Cependant, dans la forme de réalisation de la figure 9, le disque extérieur 30 situé sur chacun des côtés de l'électrode 22 présente une largeur double de celle des disques se trouvant à l'intérieur de l'électrode. La figure 10 montre un mode de réalisation dans lequel l'électrode de la figure 9 peut être modifiée de façon que les disques séparés 30 soient inclinés par rapport à ''axe 28A montré sur la figure 10. L'agence- ment de l'électrode représentée sur la figure 10 permet en outre d'assurer la production d'une surface texturée uniforme. Il élimine la formation d'autres bandes non texturées résultant des espaces non conducteurs présentés par l'électrode. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 6 3 1 3 7 REVENDICATIONS 1. Appareil d'usinage par étincelage de la surface (16) d'une pièce (14) dans lequel la pièce est montée de façon à tourner sur un axe longitudinal (20) afin de coopérer avec une électrode (22) qui se déplace au-dessus de la surface, l'appareil comprenant des moyens (23) destinés à diriger un courant de fluide diélectrique (21) dans l'intervalle entre l'électrode et la pièce, l'électrode produisant une décharge électrique vers la surface de la pièce afin de modifier l'état de la surface et de lui donner une configuration souhaitée, l'appareil étant caractérisé en ce que l'électrode comporte plusieurs disques (30, 32) de diamètre sensiblement égal, alternati- vement en matière conductrice et en matière non conductrice disposés de façon à former une pile composite constituant un cylindre, des moyens (24, 24A, 81) de montage de l'élec- trode afin qu'elle puisse tourner sur l'axe (28) du cylin- dre, des moyens de montage comprenant également des moyens destinés à aligner l'axe du cylindre parallèlement à l'axe de la pièce, des moyens (24, 24A, 81) destinés à maintenir un intervalle défini entre l'électrode et la surface de la pièce, cet intervalle étant situé sur une ligne perpendiculaire aux axes et reliant ces axes, des moyens destinés à fournir un courant électrique de décharge aux disques conducteurs et à commander le courant fourni aux disques, des moyens destinés à faire tourner l'électrode formée par la pile composite, et des moyens destinés à déplacer la pile composite de disques transver- salement, le long de l'axe de la pièce. 2. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la surface cylindrique extérieure des disques conducteurs présente des rainures (34) qui produisent un pompage du fluide dans la zone de l'intervalle lorsque l'électrode tourne. 3. Appareil selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les rainures sont des rainures rectilignes formant un angle aigu avec un plan transversal à l'axe du cylindre. 4. Appareil selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les rainures sont des rainures rectilignes formant plusieurs rainures composites en forme de V dans la surface de l'électrode cylindrique. 5. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'électrode est constituée d'une série de disques (30, 32) de dimensions sensiblement égales, alternativement conducteurs et non conducteurs. 6. Appareil selon la revendication 5, caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens (70-88) destinés à commander la décharge de courant à partir de chacun des disques conducteurs afin que la séquence, la durée ou la puissance de la décharge de courant produite par chaque disque conducteur soient commandées séparément. 7. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens de montage du cylindre compren- nent des moyens (81, 83, 85, 87) destinés à maintenir continuellement le parallélisne entre la surfaoe utile du cylindre à l'intervalle, et la surface de la pièce pendant que le cylindre parcourt la surface de la pièce. 8. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'axe du cylindre formé par les disques est orienté en biais par rapport à l'axe du cylindre de l'électrode composite.