Brevet FR2585601A1 — publié le 19870206

L'invention a pour objet une électrode pour le procédé d'usinage des métaux par érosion électrochimique (procédé ECM), notamment pour l'usinage d'une denture présentant des dents étroitement juxtaposées qui sont situées sur la circonférence d'un arbre creux ou équiva- lent (denture cylindrique radiale). On connatt déjà, par le DE-A-29 38 402, une ca- thode pour le procédé d'usinage des métaux par érosion électrochimique, qui est appropriée pour l'usinage de précision d'une couronne de dents sur la surface fronta- le d'un arbre creux ou équivalent. Cette cathode est fai- te d'une tale qui, pour usiner cette denture sur la face frontale de l'arbre creux, est munie d'évidements corres- pondants. Aux endroits o la couronne de tôle présente des évidements, il ne se produit pas d'enlèvement de ma- tière, c'est-à-dire qu'il se forme une dent lors de la plongée, tandis qu'aux endroits o la couronne de tôle présente des parties pleines, le métal est enlevé. Pour éviter que les sommets des dents ainsi formées ne soient attaqués pendant la plongée et ne perdent ainsi leur pro- fil à arêtes vives, la tôle est recouverte sur sa face arrière d'une plaque de matière isolante montée élasti- quement et qui, lors de la plongée, s'applique contre les sommets des dents formées pour les protéger, en évi- tant ainsi l'attaque électrolytique en cet endroit. Avec cette cathode, on peut produire sur la face frontale des arbres creux ou équivalents des couronnes de dents d'ex- cellente qualité, qui respectent les cotes, et qui peu- vent être reproduites avec des tolérances étroites. Ma- lheureusement, cette cathode n'est pas appropriée pour la formation de dents sur la circonférence d'un arbre creux. La présente invention se donne donc pour but de former une cathode pour le procédé d'usinage des métaux par érosion électrochimique à l'aide de laquelle on puis- se usiner des dentures d'une haute précision sur la cir- conférence d'un arbre creux ou équivalent. On prend pour point de départ une électrode pour le procédé d'usinage des métaux par érosion électro- chimique (procédé ECM), utilisée pour la formation d'une denture,, qui est composée d'une tôle s'étendant transver- salement à la direction de la plongée, évidée selon le profil à obtenir et d'une plaque de matière isolante mon- tée élastiquement et qui, lors de la plongée, s'applique contre les sommets des dents formées, pour les protéger, comme ceci est décrit dans le DE-A-29 38 402, et l'inven- tion consiste en ce que, pour la formation d'une denture frontale ou extérieure ou d'une denture radiale cylin- drique, la tôle est munie d'une couronne de languettes dont la longueur est calculée de telle manière qu'il subsiste une fente de 1 à 2 mm entre le diamètre de tête de la denture et le diamètre de pied de la couronne de languettes, et en ce que le pied des languettes est sou- tenu par un anneau en matière isolante résistante à la pression, formé d'au moins deux parties, monté élastique- ment dans le sens radial, qui s'applique contre les som- mets des dents formées, dont le rayon diffère au maximum de 0,01 mm du rayon de tête de la denture à usiner, qui est rectifié à une profondeur de rugosité de Rz = 6,3 ou mieux, et dont les arêtes circonférentielles sont à an- gle vif. D'un côté, l'épaisseur de la tôle doit être choisie aussi réduite que possible, afin de limiter l'at- taque sur les flancs du profil à une valeur aussi faible que possible mais, d'un autre côté, il est nécessaire de donner à la tôle formant l'électrode une durée de vie utile suffisante ainsi qu'une solidité mécanique suffi- sante. En général, et selon les propriétés de la tôle ainsi que selon la précision de reproduction nécessaire à obtenir sur le profil, on utilisera donc des épais- seurs. de tôle allant jusqu'à 1 mm. En général, il vaut mieux ne pas descendre au-dessous d'une épaisseur de tô- le de 0,4 mm parce que, dans ce cas, les languettes pos- sèdent une solidité mécanique ou rigidité trop faible. Le plus avantageux consiste à utiliser une tôle en acier inoxydable ou en laiton d'une épaisseur de 0,5 à 0,7 mm. La fabrication des languettes dans la tôle peut s'effec- tuer de façon particulièrement simple, par taillage, dé- coupage ou gravure chimique, puisqu'il n'y a pas à enle- ver de grandes quantités de matière. Pour que l'anneau exerce également son effet désiré, il faut que l'usina- ge de l'anneau en matière isolante qui s'appuie contre les sommets des dents formées soit exécuté avec une pré- cision toute particulière. Comme matière pour l'anneau en matière isolante, on doit utiliser une matière résis- tante à la pression, par exemple une céramique, des ma- tières plastiques dures telles que les résines phénoli- ques, une polyamide, le PTFE, etc.. Les matières tendres comme, par exemple, le caoutchouc ou équivalent ne sont pas appropriées. L'écart entre le rayon de l'anneau en matière isolante à fabriquer et celui du cercle de tête de la denture à usiner doit être au maximum de 0,01 mm parce que, autrement, on observerait une attaque sur les sommets des dents formées. Pour que l'anneau puisse exer- cer une pression élastique sur les sommets des dents for- mées, il doit être au moins en deux pièces. Les plans de joint entre les pièces de l'anneau sont avantageusement disposés de manière à tomber dans des creux de la dentu- re. Par ailleurs, il est nécessaire que l'anneau de ma- tière isolante soit rectifié dans la direction radiale à une profondeur de rugosité de Rz = 6,3 ou mieux sur la face qui s'appuie contre les sommets des dents. Si l'on dépasse cette profondeur de rugosité, on constate une dé- gradation notable du profil du sommet des dents. On ob- tient des résultats particulièrement bons lorsque la rec- tification est exécutée dans la direction radiale (direc- tion circonférentielle). Une autre propriété notable que l'anneau de matière isolante doit posséder consiste en ce que ses arêtes circonférentielles doivent être à an- gle vif, du moins sur le côté dirigé vers les dents. On a constaté que, dans le cas des anneaux qui possèdent des arêtes circonférentielles émoussées, l'écoulement de l'électrolyte est perturbé, ce qui se traduit par des ré- sultats insatisfaisants. En dehors de la protection du sommet des dents formées, l'anneau en matière isolante a encore d'autres fonctions à remplir: d'une part, il sou- tient le pied des languettes et améliore ainsi la solidi- té mécanique de l'électrode; d'autre part, il guide l'électrolyte vers la zone d'usinage de la façon voulue. Par ailleurs, il réduit le débit de l'électrolyte, ce qui se traduit par une plus petite puissance de pompe pour l'alimentation en électrolyte et, de cette façon, par une économie d'énergie. Il est important pour le gui- dage de l'électrolyte, ainsi qu'on vient de le mention- ner, que les arêtes circonférentielles de l'anneau de ma- tière isolante soient à angle vif sur le c8té qui regar- de le sommet des dents. On a constaté par ailleurs qu'on peut augmenter très appréciablement la vitesse de plongée en cambrant vers l'arrière la partie des languettes qui doit plonger dans la matière à usiner, d'un angle de 30 à 45 par rapport au plan perpendiculaire à la direction de la plongée. Dans ce cambrage, on ne cambre donc que la par- tie des languettes qui doit plonger dans la pièce parce que, autrement, l'anneau de matière isolante devrait être muni d'un chanfrein et que, ainsi qu'on l'a déjà in- diqué plus haut, ce chanfrein n'est pas souhaitable.. L'électrode selon l'invention est décrite ci- après en regard des dessins schématiques sur lesquels, la figure 1 représente un rotor à denture exté- rieure; la figure 2 représente une électrode en t8le mu- nie de languettes pour l'usinage de cette denture; et la figure 3 représente à échelle très agrandie une coupe partielle diamétrale d'une électrode d'érosion en plongée montée dans un porte-électrode, ainsi que l'anneau en matière isolante correspondant et la pièce dans laquelle la denture doit être usinée par érosion en plongée. Sur la figure 3, on reconnaît l'électrode 1 re- présentée sur la figure 2, qui est serrée entre le por- te-électrode 2 et un anneau de retenue 3 vissé sur ce porte-électrode. Le porte-électrode est muni d'un évide- ment 4 dans lequel est monté mobile un anneau en matière isolante 5 fait de deux demi-coquilles. L'anneau en ma- tière isolante 5 est pressé vers l'intérieur au moyen du ressort 6. La pièce 7 à usiner est l'ébauche du rotor à denture extérieure qui est représenté sur la figure 1. Dans l'érosion électrochimique en plongée, l'électrode se déplace dans le sens de la flèche et, les languettes 8 de l'électrode 1 produisent sur le bord de la pièce 7 en s'y enfonçant la denture qui est représentée en traits interrompus en 9 sur la pièce 7. La longueur des languettes 8 est calculée de telle manière que, lorsque les languettes s'enfoncent dans la pièce, il subsiste une fente d'environ 1 à 2 mm entre la base 10 des lan- guettes et le sommet 11 des dents à former. Lors de la plongée, l'anneau de matière isolante 5 s'appuie contre le sommet des dents 11 qui se forment. Le rayon inté- rieur de l'anneau de matière isolante est calculé de fa- çon que l'écart entre ce rayon et celui du cercle de tê- te de la denture 11 de la pièce 7 soit au maximum de 0,01 mm. Pour assurer un bon fonctionnement du disposi- tif, les arêtes circonférentielles 12 de l'anneau en ma- tière isolante doivent être à angle vif. Par ailleurs, il est visible que, dans la région o elles pénètrent dans la pièce 7, les languettes 8 sont coudées ou cam- brées vers l'arrière, d'un angle de 30 à 45 par rapport au plan perpendiculaire à la direction de la plongée. Ce cambrage ne doit être exécuté que sur la partie des lan- 2Z585601 guettes qui doit s'enfoncer dans la pièce parce que, au- trement, l'anneau de matière isolante ne pourrait pas s'appuyer contre les sommets 11 des dents ou que l'an- neau de matière isolante devrait être muni d'un chan- frein aux points 12, ce qui entratne dans les deux cas la production d'une denture défectueuse. La surface 13 de l'anneau en matière isolante 5 qui s'appuie contre les sommets 11 de la denture est rectifiée dans la direc- tion radiale à une profondeur de rugosité Rz = 6,3 ou mieux parce que, en l'absence d'une telle rectification, on ne pourrait pas obtenir une qualité suffisante sur les sommets des dents formées. Le moyeu représenté à titre d'exemple sur la fi- gure 1 possède un diamètre de tête de denture de 72 mm et porte 96 dents. La largeur des dents est de 1 + 0,1 mm. La largeur des creux de denture est de 1,35 + 0,1 mm et la profondeur de la denture est de 1,5 _; mm. Le rayon du raccordement entre les flancs des dents et le sommet des dents est de 0,15 mm, avec une tolérance maxi- mum de + 0,1 mm. L'écart sur la succession des dents est au maximum de 0, 02 mm et le défaut sur l'entre-axes des dents est au maximum de 0,1 mm. Il n'est pas possible d'obtenir des dentures frontales aussi précises avec les électrodes déjà connues antérieurement. L'électrode selon l'invention est appropriée non seulement pour l'usinage de dentures frontales possé- dant des flancs de dents parallèles mais également pour l'usinage de dentures frontales possédant des profils de dents quelconques, par exemple, des profils trapézoïdaux ou en développante de cercle. En imprimant à l'électrode un mouvement de rotation simultanément avec un mouvement de plongée, on peut également produire des dentures héli- coidales. R E V E N D I C A T I ONS 1 - Electrode pour le procédé d'usinage des mé- taux par érosion électrochimique (procédé ECM), pour l'u- sinage d'une denture, composée d'une tôle découpée d'un trou correspondant au profil à produire, et qui s'étend transversalement à la direction de la plongée, ainsi que d'une plaque de matière isolante montée élastiquement, qui s'applique contre les sommets des dents formées, pour les protéger lors de la plongée, caractérisée en ce que pour la formation d'une denture radiale cylindrique, la tôle (1) est munie d'une couronne de languettes (8) dont la longueur est calculée de telle manière qu'il sub- siste une fente de 1 à 2 mm entre le diamètre de tête de la denture (9) et le diamètre de pied (10) de la couron- ne de languettes, et en ce que le pied des languettes est soutenu par un anneau (5) en matière isolante résis- tante à la oression, formé d'au moins deux parties, mon- té élastiquement dans le sens radial, qui s'applique con- tre les sommets (11) des dents formées, dont le rayon diffère au maximum de 0,01 mm du rayon de tête de la den- ture à usiner, qui est rectifié à une profondeur de rugo- sité de Rz = 6,3 ou mieux, et dont les arêtes circonfé- rentielles (12) sont à angle vif. 2 - Electrode selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la partie des languettes (8) qui doit s'enfoncer dans la pièce à usiner est cambrée vers l'ar- rière d'un angle de 30 à 45 par rapport au plan perpen- diculaire à la direction de la plongée.