Brevet FR2583669A1 — publié le 19861226

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un outillage de découpage, notamment d'un outillage de découpage en rotatif, d'une matière en feuilles ou en bande et un outil ansi obtenu. Le genre d'outillage de découpage rotatif concerné consiste généralement en deux cylindres, soit un cylindre mâle, l'outil de découpe, et un cylindre femelle, le contre-cylindre ou enclume. L'outil de découpe est monté au-dessus du contre-cylindre ou de l'enclume et la matière à découper, par exemple du papier ou du carton, défile entre ces outils à la manière d'une t6le dans un laminoir, par exemple. L'axe longi- tudinal théorique de chaque outil est situé dans un même plan vertical. L'outil de découpe est réalisé à partir d'un cylindre métallique dans la surface latérale duquel on usine un réseau de filets coupeurs et refouleurs. L'image développée de la surface latérale du cylindre représente la disposition des objets à découper. La surface latérale du contre-cylindre pré- sente, quant à elle, un réseau de rainures dont la disposition est conjuguée à la disposition des seuls filets refouleurs de l'outil de découpe. Dans certains cas, le contre-cylindre peut être lisse, il est alors de préférence appelé enclume. La fabrication d'un tel outillage peut s'ef- fectuer selon plusieurs méthodes, c'est-à-dire qu'on peut obtenir les réseaux de filets ou de rainures, soit par fraisage, soit par électro-érosion. Les frai- seuses ou les machines d'électro-érosion utilisées sont des machines à commande numérique autorisant un travail précis et automatique. Le plus souvent, les outillages sont obtenus par électro-érosion en utilisant, par exemple, une électrode de graphite préalablement taillée suivant le travail de découpage à réaliser. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 796 851 décrit un appareil de ce type. Il est à -erarc:er que dans la fabricat-on de ce genre d'outillage, le contre-cylindre est toujours plus facile à usiner, car il suffit seulement de creuser des rainures dans la surface latérale du cylindre. Le temps d'usinage est donc relativement court et ne nécessite même pas d'être réalisé par électro-érosion, un simple fraisage étant suffisant. Il n'en va pas de même en ce qui concerne l'outil de découpage, qui, lui, ne doit pas présenter des rainures, mais bien des filets. C'est-à-dire qu'il faut enlever un volume de matière important dans la surface latérale du cylin- dre. Outre le fait que par fraisage le temps pris par l'opération est important, il faut tenir compte de certains problèmes inhérents au fait que la fraise a un certain diamètre et que les angles aux croisements des filets ne seront pas parfaits et qu'il faudra les retoucher. La solution qui est donc choisie est l'électro- érosion. Le problème des angles aux croisements des filets est résolu, mais le temps d'usinage demeure toujours aussi important. D'autre part, en utilisant l'une ou l'autre des méthodes mentionnées ci-avant, l'utilisateur reste tributaire, en ce qui concerne les caractéristiques mécaniques des filets, des qualités de la matière utilisée pour confectionner le corps de l'outil de découpage, c'est-à-dire le cylindre. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en utilisant un procédé permettant de réduire considérablement le temps d'usinage d'un outil de découpage, tout en offrant la possibilité de modifier les caractéristiques mécaniques des filets usinés. Les dessins annexés représentent à titre d'exemple une forme d'exécution d'un dispositif selon l'invention, dessins sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un premier outil de découpage; la figure 2 est une vue en coupe partielle d'un second outil de découpage; la figure 3 est une vue en coupe d'un filet de découpage; la figure 4 est une vue en coupe d'un filet de refoulage; la figure 5 est une vue en perspective d'un outil de découpage; la figure 6 est une vue en plan d'une dé- coupe de botte; et la figure 7 est une vue de la face latérale développée d'un outil de découpage. La figure 1 est une vue en coupe partielle d'un premier outil de découpage, plus précisément d'un outil de découpage 3 usiné par électroérosion a partir d'un cylindre métallique 1 dont seulement un segment est représenté sur cette figure..L'outil de découpage 6, ainsi qu'il est représenté à la figure 5, possède sur sa surface latérale une multitude de filets 2 qui peuvent être des filets coupeurs ou refouleurs. Ces filets 2 sont disposés en forme de réseau de façon à constituer plusieurs mailles représentant chacune la forme que prendra une découpe de boîte 5 ou autre objet à découper (voir figure 6). Sur la figure 1, en vue de simplifier le dessin, seul un filet coupeur 2 a été représenté. Pour obtenir en fin d'usinage un outil. de découpage 3, il est nécessaire de procéder à l'érosion de toute la matière 4 se trouvant au voisinage de l'emplacement des filets 2. Le volume V de matière qui devra être enle- vée par électro-érosion ou par fraisage se calcule à l'aide de la formule suivante: V = V _ w - V cour d r dans laquelle Vcur est le volume total de matière cour représenté par la couronne dans laquelle sont usinés les filets, Vd est le volume total de matière représenté par les filets coupeurs et Vr est le volume total de r matière représenté par les filets refouleurs. La formule permettant de calculer le volume V s'énonce ainsi cour v = L [d2 - (d-2h)2] cour 4 dans laquelle L est la longueur du cylindre, d le dia- mètre extérieur du cylindre et h la hauteur des filets. Pour la configuration représenté à la figure 7, le volume total de matière représenté par les filets cou- peurs V se calcule comme suit: d Vd = Sd' Ld Dans cette expression, Sd correspond à la section d'un filet de découpage 10 (voir figure 3) et Ld correspond à la longueur totale des filets de découpage. La vue en plan d'une découpe de boite 5 ou d'un objet à découper est Eracée sur la surface laté- rale de l'outil, à raison de trois boites dans la lon- gueur L du cylindre et de quatre boites dans son déve- loppement ou sa circonférence (voir figures 6 et 7) et permet de définir le terme Ld de la formule ci-dessus, soit un total de douze boites dans l'exemple choisi. Ld = 1212 (2A+2B+P),\ 2 (H+2B) + 6BI-9 (2A+2B)-H, Ld_ LONG. DECOUPAGE TOTALE LONG. DECOUPAGE COMMUNE Cette formule se simplifie comme suit: Ld = 30 (A+5B) + 8 (3P+2H) Le terme Sd, la section du filet de décou- page (voir figure 3), se calcule avec la formule sui- vante: S = T__ pD H S d 2 D L'expression finale de la formule pour cal- culer le volume total des filets coupeurs sera donc: TD + PD Vd = (--- HD) x [30 (A+B) + 8 (3H+2H)l Vd (T D PD Le volume total de matière représenté par les filets refouleurs (Vr), pour l'exemple choisi, sera défini par l'expression suivante: V -= S.L r r r dans laquelle S represente la section d'un filet refou- r leur et L la longueur totale des filets refouleurs. r Le calcul de la section Sr du filet refou- leur 11 (voir figure 4) s'effectue à l'aide de la for- mule: TR + PR S = 2 HR Toujours en se référant à la figure 6, la longueur totale Lr des filets refouleurs sera définie par l'expression suiv nte: Lr = 12 [2 (2A+2B)+4H] qui se simplifie comme suit: Lr = 48(A+B+H). Le volume total Vr s'énoncera donc ainsi: T + P Vr = ( 2 HR) x 48(A+B+H). Ces développements nous permettent d'expri- mer la formule nécessaire au calculduvolumetotal V de manière à enlever, soit: TD+PD V = _ L(d2-(d-2h)2] - D) H] x [30 (A+5B) + 4 2 D TR +PR 8(3P+2H)] [(2) HR] x [48 (A+B+H)]. Dans l'exemple choisi, nous avons chiffré les valeurs des différents paramètres de façon à pou- voir, par la suite, effectuer une comparaison quantita- tive, en ce qui concerne les volumes de matière à éroder dans différentes conditions d'usinage. Les valeurs prises en considération sont: d 301:,76 mm P = 1,538 mm h = mm A = 116,5 mm L = 1000 mm B = 42 mm TD = 0,03 mm H = 153mm P = 0,858 mm P = 13 mm T = 0,71 mm Suivant la formule, le volume total V à éroder sera donc de 922487 mm3, soit environ 1 dm3. La figure 2 est une vue en coupe partielle d'un second outil de découpage 6 réalisé à partir d'un cylindre métallique 7 de diamètre d et sur la surface latérale duquel or. a déposé, en une seule opération, par un procédé connu de dépôt de matière, un cordon de matière métallique 8 possédant des caractéristiques mécaniques différentes des caractéristiques du cylindre 7 et qu'on peut choisir en fonction du travail dévolu à l'outil de découpage 6. La matière 8 peut avantageu- sement être un alliage micropulvérisé commercialisé sous la dénommination "Eu Tro Loy" par la firme CASTOLIN et sous dépôt réalisé à l'aide du procédé "Eu Tronic GAP" développé par la même entreprise. Ce dépôt de matière 8 est effectué de façon que celle-ci soit placée sur toutes les zones devant représenter un filet décou- peur 9 ou refouleur, selon l'image qu'on peut observer à la figure 7. La section de ce dépôt de matière 8 a la forme approximative d'un segment circulaire de rayon R et d'angle " sur une flèche f. Le diamètre d1 étant relativement important par rapport au rayon R, on peut admettre que la corde a du segment circu- laire sera à peu de chose près une droite, ceci dans le but de simplifier le calcul du volume total V] de matière déposée. Les cotes mesurables après dépôt de la matière 8 seront la distance "a" correspondant à la corde du segment de cercle et la distance "f" corres- pondant à sa flèche. On pourra alors calculer la sur- face du segment Sma en utilisant la formule suivante: mat a (R-f) a mat 360 2 dans laquelle R est le rayon du cercle fictif dans lequel est inscrit le segment de matière 8, "f" la flèche et "a"- la corde mesurées, a étant l'angle du segment circulaire, le rayon R se calcule suivant: R a2 f 1 R =--+ -- 8f 2 et l'angle a en degrés étant donné par la formule a0 = 2 sin-1.a /2R Le volume total Vmat à rapporter dépend mat de la longueur des filets coupeurs et refouleurs que nous avons déjà définie plus haut et s'énoncera par la formule: Vmat =Smat (Ld + Lr), ou alors: V = [XR2oR ' f) .a]x [30 (A+5B)+8 mat 360 2 (3P+2H)+48(A+B+H)]. Les valeurs numériques données dans cet exemple aux différents facteurs sont: a = 6 mm f = 2 mm Cela entraînera, en utilisant les formules appropriées, que R vaudra 3,25 mm et a 134,76 . Le volume total Vmat de matière à déposer sera donc de 238 485 mm3. Pour réaliser l'outil de découpage 6, il faudra encore tailler le cordon de matière déposée en fonction des filets qu'on désire réaliser. Lors de cette opération, on érodera donc la quantité de matière V qui sera calculée à l'aide er de la formule v = V -V-V er mat r d Vr et Vd ayant déjà été calculés dans le premier exemple cité ci-avant, la valeur que prendra Ver sera donc de er 238 485 - 16 806 - 5574 = 216 105 mm3. Les chiffres montrent que pour un même outil de découpage, la deuxième solution décrite ci-avant nécessite un enlèvement de matière peu important par rapport à la première solution. Si on ne prend en compte que les temps d'usinage des deux exemples et en sachant que les temps d'érosion sont proportionnels au volume de matière à enlever, nous pouvons énoncer le rapport n suivant: VER x 100 216 105 x 100 r, V 922 487 n étant le rapport entre deux volumes à éroder, le gain de temps d'usinage G s'exprimera ainsi: G = 100 -n = 100 - 23,43 = 76,57 Z. Il est évident qu'un gain de temps d'une telle importance aura un effet appréciable sur le coût de l'outillage réalisé. La section d'un filet de décou- page 10 tel que celui représenté à la figure 3 est de forme trapézoïdale. L'indication PD se rapporte à la grande base du trapèze, TD à la petite et HD à la hauteur. La figure 4 concerne un filet de refoulage 11, lui aussi de forme trapézoidale et pour lecrael la cote PR est la grande base du trapèze, TR la petite et MR la hauteur. La figure 5 est une vue en perspective d'un outil de découpage 3. Cette figure montre l'aspect général d'un tel outil et sert en particulier pour la définition des cotes L et d qui sont, respectivement, la longueur de l'outil et son diamètre (voir aussi figures 1 et 2). La figure 6 est une vue en plan d'une dé- coupe de boite 5 dont les contours extérieurs repré- sentés en traits pleins correspondent aux filets de découtoage 10 et les lignes s ntérieures représentées en traits interrompus correspondent aux filets de refou- lage 11. Les cotes A, B et H représentent, respective- ment, la largeur, l'épaisseur et la hauteur de la boite à réaliser, alors que la cote P se rapporte à la largeur de la patte de collage de cette boite. La figure 7 est une vue de la face latérale développée d'un outil de découpage 6. La longueur, représentée en traits mixtes, correspond à la longueur du cylindre, dans lequel est usiné l'outil de découpage, alors que la cote C se rapporte à sa circonférence. C'est aussi la configuration qu'aura l'électrode plane en graphite utilisée pour l'image de l'outil. Dans cette figure, les filets de découpage 10 sont repré- sentés pal les lignes continues et les filets de refou- lage 11 par les lignes interrompues. Ainsi qu'on peut le constater, un certain nombre de filets de découpage sont communs à une même découpe de boite 5 et cela a été pris en considération dans les calculs précédents pour déterminer la longueur totale des filets. L'outil de découpage 6 obtenu en utilisant cette manière de faire présente plusieurs avantages, tels que son prix de revient peu élevé par rapport à un outil usiné de façon conventionnelle et la parti- cularité de pouvoir choisir les caractéristiques physi- ques de la matière des filets en fonction des travaux de découpage qu'on désire effectuer. L'utilisateur aura ainsi entre les mains un outil de découpage bon marché et adapté aux exigences de longévité qu'il désire en fonction des matériaux qu'il devra découper. Z583669 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un outillage de découpage, notamment d'un outillage de découpage en rotatif d'une matière en feuilles ou en bande, carac- térisé en ce qu'on dépose un cordon de matière (8) sur la face latérale d'un cylindre métallique (7), ledit cordon de matière (8) étant déposé selon une configuration représentant un réseau maillé dont chaque maille correspond à la forme d'un objet à découper et en ce qu'on usine ensuite ledit cordon de matière (8) à l'exception de toute autre partie de la face latérale dudit cylindre métallique (7). 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on effectue le dépôt de matière (8) en une seule opération, par micropulvérisation, et qu'on usine celui-ci par électroérosion à l'aide d'une électrode plane en graphite. 3. Outil de découpage obtenu à l'aide d'un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se présente, dans un premier stade de fabrication, sous la forme d'un cylindre métallique (7) dont la face latérale est munie d'un réseau maillé de cordons de matière (8) ayant une section assimilable à un seg- ment circulaire. 4. Outil de découpage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il se présente, dans son deuxième et dernier stade de fabrication, sous la forme d'un cylindre métallique (7) dont la face latérale présente des filets de découpage (10) et de refoulage (11) usinés dans ledit cordon de matière (8). 5. Outil de découpage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les caractéristiques mécani- ques du cordon de matière (8) sont différentes des caractéristiques mécaniques du cylindre métallique (7). 6. Ot-i. de décourage selon la revendication , caractérisé en ce que ledit cordon de matière (8) est constitué par un alliage métallique déposé par micropulvérisation.