Brevet FR2587255A1 — publié le 19870320

Le secteur technique de la présente invention est celui des procédés et dispositifs d'usinage de surfaces toriques. Pour réaliser un tore, on connatt deux procédés - l'usinage par pénétration d'une fraise animée d'un mouvement d'avance consistant en une rotation autour d'un axe situé dans le plan de coupe, suivi le cas échéant, d'un polissage manuel; d titre indicatif on peut se reporter au brevet FR 2 104 698. - la réalisation d'une ébauche par moulage, avec finition par polissage manuel. Le premier procédé comporte de grandes limitations en ce qui concerne la profondeur d'avance de la fraise, dues à l'encombrement du bras portant ladite fraise et qui, rectiligne, ne peut suivre la courbure du tore et limite l'angle d'ouverture (à vingt-cinq degrés par exemple). On peut s'affranchir de cette servitude en assemblant plusieurs secteurs de faible angle d'ouverture, mais le coat d'usinage des plans de coupe et des logements de joints correspondants augmente sensiblement le coat total, de même que le recours éventuel à une finition par polissage manuel. De plus, le dispositif est complexe, demande des réglages fastidieux et ne permet pas d'obtenir des formes quelconques et une finition satisfaisante des surfaces. La réalisation par moulage introduit des contraintes quant à la structure du matériau choisi, et implique une coûteuse finition manuelle. Le but de la présente invention est de fournir un procédé et un dispositif d'usinage de tores dont la mise en oeuvre est très simple et permettant d'obtenir un tore mâle ou femelle. L'invention a donc pour objet un procédé d'usinage externe ou interne d'une surface torique/ caractérisé en ce qu'on opère par électroérosion d'une pièce à l'aide d'une électrode se présentant sous la forme d'un disque ou d'une couronne de faible épaisseur, adaptée à la section du tore, la pièce ou l'électrode étant animées d'un mouvement circulai re définissant le profil du tore. L'électrode est entratnée en rotation et on réalise dans une première phase une ébauche à l'aide d'une électrode d'épaisseur comprise entre environ 4 et 6 mi, puis dans une seconde phase une finition à l'aide d'une électrode dont l'épaisseur est d'environ 1 mm. Le dispositif selon l'invention comprend un support sensiblement cylindrique muni d'un arbre mobile en rotation et isolé électriquement de celui-ci, une électrode solidaire de l'axe par l'intermédiaire d'un bras porte-électrode ayant le profil du tore à usiner, et une joue solidaire du support comprenant un logement de réception de la pièce à usiner coopérant avec l'électrode. Le bras porte-électrode comprend une partie rectiligne solidaire à une extrémité de l'axe et à l'autre à une partie semi-circulaire supportant l'électrode à son extrémité libre. La partie rectiligne et l'électrode sont situées sur un diamètre du cercle décrit par la partie sai circulaire et passant par l'arbre. L'électrode est symétrique par rapport à ce diamètre. Le support comporte un percement central longitudinal dans lequel est monté l'arbre, le support et l'arbre étant reliés respectivement aux pâles négatif et positif d'une machine pour électroérosion de type connu et sont isolés l'un de l'autre à l'aide d'un palier en chlorure de polyvinyle. L'arbre est entrainé en rotation à l'aide d'un levier actionné par un poussoir mobile en translation ou d'un système engrenage-crémaillère. Appliquée à la réalisation de tores femelles, l'électrode est réalisée sous la forme d'un disque dont le diamètre est au plus égal au diamètre interne du tore femelle, diminué de la longueur d'étincelle. Appliquée à la réalisation de tores mâles, l'électrode est réalisée sous la forme d'une couronne dont le trou central présente un diamètre au moins égal au diamètre externe du tore mâle, majoré de la longueur d'étincelle. En effet, il faut encore tenir compte, de façon connue, de la longueur d'étincelle propre à la technologie de l'électroérosion. Un résultat de la présente invention réside dans le fait que l'on peut obtenir des tores voisins du demi-cercle et ce, sans intervention d'aucune sorte durant la phase d'usinage. Un autre résultat réside dans lofait que l'état final de surface ne requiert aucun polissage supplémentaire. Un autre résultat réside dans la précision obtenue de la forme voulue. Comme indiqué précédemment, l'invention fait application de la technique de l'électroérosion. On sait que l'électroérosion permet d'usiner des matériaux et de reproduire des formes complexes exécutées une fois pour toutes sur une électrode qui est exempte de modification dimensionnelle. Dans toutes les applications connues, on a toujours proposé un déplacement rectiligne de l'électrode. Toutefois, on n'a jamais proposé l'application de cette technique à la réalisation de tores mâles ou femelles quoique le besoin de ce type de pièces soit bien établi. En effet, les tores mâles et femelles sont utilisés dans les vérins ou servo-mécanismes à mouvement circulaire, à débattement angulaire limité autour d'une articulation. I1 s'agit des gouvernes d'aérodynes ou de navires, de la manoeuvre d'aérofreins et de la commande de portes. La technique de l'électroérosion trouve là une application surprenante qui permet d'abaisser le prix de revient de corps de vérins rotatifs et d'assurer une reproductibilité constante des pièces fabriquées. L'invention sera mieux comprise à la lumière du complément de description qui va suivre d'un'mode de réalisation donné à titre d'exemple en relation avec un dessin sur lequel - la figure 1 représente une vue schématique du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une coupe illustrant la réalisation d'un tore femelle, - la figure 3 est une vue des électrodes d'ébauche et de finition d'un tore femelle, - la figure 4 montre un dispositif à quatre électrodes, - la figure 5 est une vue de l'électrode pour la réalisation d'un tore mâle. Sur la figure 1, le dispositif selon l'invention comprend un support 1 de forme générale cylindrique muni d'un perçage central longitudinal 2 à l'intérieur duquel est monté un palier 3. Ce palier peut être réalisé en chlorure de polyvinyle, et assure l'isolation électrique du support par rapport aux autres éléments. I1 supporte un arbre ou axe 4 par l'intermédiaire de roulements 5a et 5b et de deux butées à billes 6a et 6b. Ces butées sont disposées de part et d'autre d'une paroi transversale 7 du palier 3. La translation de l'axe 4 est limitée à l'aide d'une couronne 8 solidaire de celui-ci et interposée entre la butée 6a et le roulement Sa. L'étanchéité du palier est réalisée grâce à une rondelle 9a maintenue par un écrou 9b d'une part, et par une bague 10 d'autre part. Un couvercle 11 peut être appliqué sur une extrémité de l'axe et fixé à la fois au palier 3 et au support 1 par l'intermédiaire de vis 12. L'extrémité libre 4a de l'axe supporte une électrode 13 par l'intermédiaire d'un bras creux 14. Sur la figure, on voit que le bras comporte une partie rectiligne 14a solidaire de l'axe et montée perpendiculairement à celui-ci et une partie semi-circulaire 14b. Sur l'extrémité libre 4a est également fixé un levier 15 qui peut être actionné de façon connue pour assurer la rotation de l'axe 4. Le support 1 est prolongé d'un côté par une joue 16 sur laquelle est montée un logement 17 destiné à recevoir la pièce 18 à usiner selon le profil du bras semi-circulaire 14b. Bien entendu, l'alimentation en électrolyte se fait par le bras 14 supportant l'électrode à l'aide de la conduite 19 par l'intermédiaire d'une machine de type connu (non représentée) utilisée en électroérosion. Il va sans dire que le pôle positif est constitué par l'électrode 13 et le pôle négatif par la pièce 18 solidaire du support 1. Le fonctionnement est le suivant : après avoir placé l'électrode 13 et la pièce 18 en regard l'une de l'autre et injecté l'électrolyte par la conduite 19, on actionne en rotation le bras 4. L'électrode 13, le bras 14 et le levier 15 sont reliés au pôle positif de la machine tandis que le logement 17 et la pièce 18 le sont au pôle négatif. Le palier 3 isole les éléments de polarité différente. La vitesse de rotation du bras 4 étant calculée en fonction de la puissance de la machine, il suffit de maintenir constant le jeu initial entre l'électrode 13 et la pièce 18 et assez près du jeu frontal limite d'équilibre, ce qui peut être automatiquement réalisé par un asservissement approprié pour retrancher la longueur d'étincelle. On voit que ce procédé permet d'obtenir des tores voisins du demi-cercle, ce qui n'a jamais été réalisé à ce jour. Sur la figure 2, on a représenté une coupe du dispositif montrant une phase du procédé. On opère d'abord par carottage de la pièce 18 puis on procède à la finition. Le porte électrode 14b est alors constitué de deux tubes 20 de section carrée pour des commodités de réalisation. On pourrait tout aussi bien utiliser un tube cintré de section circulaire. L'électrolyte est injecté à l'intérieur du tube et on obtient un percement circulaire 18b dans la pièce et une carotte 18a centrale. En effet, le temps d'usinage étant fonction de la surface de contact de l'électrode, l'enlèvement total de matière correspondant au tore serait d'un cotit prohibitif. Le tore femelle ainsi obtenu a la configuration de l'électrode 13.L'optimisation du procédé selon l'invention a conduit à utiliser dans un premier temps une électrode de surface réduite pour ébaucher la pièce 18 puis une électrode de surface plus importante pour assurer la finition. Ainsi, sur la figure 3A, on a représenté la pièce 18, l'électrode 13, le tube carré 20. On voit que l'enlèvement de matière correspond à la surface totale hachurée. La finition est réalisée comme représenté sur la figure 3B à l'aide d'une électrode 13 solidaire du bras 14b de section carrée pleine. L'électrolyte est alors injecté dans l'espace libre 22, c'est à dire par le trou déjà réalisé dans la piece ébauchée 18. On a constaté que l'ovalisation d'un tore femelle était d'abord liée à l'épaisseur de l'électrode 13. Ainsi, l'électrode d'ébauche représentée figure 3A a une épaisseur de 5 mm et l'ovalisation est alors du dixième de zin, le dia mètre du tore lui-même étant environ de 90 mm. L'électrode de finition représentée sur la figure 3B a par contre une épais seur de 1 mm et l'ovalisation ést inférieure à 1/100 de nmn, le diamètre final du tore étant de 92 mm. D'autre part, la position de l'électrode par rapport au bras 4 influe sur l'ovalisation. En effet, l'électrode doit être symétrique par rapport au diamètre du cercle décrit par l'électrode et pas sant par le centre de l'axe ou arbre 4. Sur la figure 4, on a représenté un porte-électrode permettant l'usinage simultané de plusieurs tores mâles ou femelles. Chaque électrode 13 est fixée sur l'arbre 4 par l'intermédiaire du bras rectiligne 14a et du bras 8emi- circulaire 14b. Bien entendu, les pièces à usiner sont mon tées sur la joue 16 de~fason à coopérer avec des électrodes. L'entratnement en rotation de l'arbre 4 est réalisé à l'aide d'un pignon solidaire de celui-ci et d'une crémaillère 24 fixée à la broche de la machine à électro-érosion. Sur les figures 5A et 5B, on a représenté un exem ple de réalisation de porte-électrode et d'électrode utilisa bles pour usiner un tore male. Ce porte-électrode est interchangeable sur l'axe 4 avec l'autre porte-électrode 14. Le bras 14b est remplacé par le support 25 sur lequel est mon tée l'électrode 26. L'électrode comporte un percement cir culaire 27 dont le diamètre correspond à la cote finale du tore mâle plus la longueur d'étincelle. L'électrode 26 se pré sente sous la forme d'une couronne, dont l'épaisseur est dé terminée comme indiqué précédemment. Elle est munie d'un épaulement tubulaire 28. Celui-ci permet de solidariser l'électrode au support 25. Bien que les dessins joints à titre d'exemple mon trent des électrodes de section circulaire, il va de soi que l'invention s'applique également au cas des électrodes de section quelconque pour les cas de réalisation de tores mâles ou femelles de section génératrice non circulaire. L'électrolyte est amené à l'aide des injecteurs 30, au niveau de l'électrode 26 sur la pièce 31 pour usiner le tore mâle 32. Les injecteurs sont bien entendu reliés en rotation au support 25. Le déplacement de l'électrode 26 se fait, au cours de l'usinage, suivant la flèche F. Sur la figure, on voit que l'électrode est centrée sur l'axe XX passant par le centre de l'arbre 4. Bien entendu, au cours de l'usinage, on procède comme expliqué en relation avec les figures 3A et 3B pour réaliser une ébauche puis un tore fini dont l'ovalisation est inférieure à 1/100 de mm. Sur la figure 5B, on a représenté une vue de face de l'électrode 26 solidaire du support 25 lui-même relié à l'arbre 4. Le diamètre du trou central 27 est égal au diamètre externe du tôre mâle, majoré de la longueur d'étincelle. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'usinage externe ou interne d'une surface torique, caractérisé en ce qu'on opère par électroérosion d'une pièce à l'aide d'une électrode se présentant sous la forme d'un disque ou d'une couronne de faible épaisseur, adaptée à la section du tore, la pièce ou l'électrode étant animées d'un mouvement circulaire définissant le profil du tore. 2 - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'électrode est entraînée en rotation, et en ce qu'on réalise dans une première phase une ébauche à l'aide d'une électrode d'épaisseur comprise entre environ 4 et 6 mm, puis dans une seconde phase une finition à l'aide d'une électrode dont l'épaisseur est d'environ 1 mm. 3 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un support (1) sensiblement cylindrique muni d'un arbre (4) mobile en rotation et isolé électriquement de celui-ci, une électrode (13) solidaire de l'axe (4) par l'intermédiaire d'un bras (14) ayant le profil du tore à usiner, et une joue (16) solidaire du support (1) comprenant un logement (17) de réception de la pièce (18) à usiner, coopérant avec l'électrode (13). 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bras (14) comprend une partie rectiligne (14a) solidaire à une extrémité de l'axe (4) et à l'autre à une partie (14b) semi-circulaire supportant l'électrode (13) à son ex trémité libre. S - Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la partie rectiligne (14a) et l'électrode (13) sont situées sur un diamètre du cercle décrit par la partie semicirculaire (14b) et-passant par l'arbre (4). 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'électrode (13) est symétrique par rapport à ce diamètre. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le support (1) comporte un percement (2) central longitudinal dans lequel est monté l'arbre (4), le support (1) et l'arbre (4) étant reliés respectivement aux pô les négatif et positif d'une machine pour électroérosion de type connu et sont isolés l'un de l'autre à l'aide d'une palier (3) en chlorure de polyvinyle. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'axe (4) est entraîné en rotation à l'aide d'un levier (15) actionné par un poussoir mobile en translation ou d'un système engrenage-crémaillère. 9 - Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8 à la réalisation de tores femelles, caractérisée en ce que l'électrode (13) est réalisée sous la forme d'un disque dont le diamètre est égal au diamètre interne du tore femelle diminué de la longueur d'étincelle. 10 - Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8 à la réalisation de tores mâles, caractérisée en ce que l'électrode (26) est réalisée sous la forme d'une couronne dont le trou central (27) présente un diamètre égal au diamètre externe du tore mâle majoré de la longueur d'étincelle.