Brevet FR2738844A1 — publié le 19970321

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE NEITOYAGE DE L'ELECTROLYTE D'UNE OPERATION D'USINAGE ELECTROCHIMIQUE Description L'invention concerne un procédé pour le nettoyage du liquide d'usinage lors d'un usinage électrique par enlèvement de métal, en particulier du li- quide électrolytique d'une opération d'usinage électrochimique au cours de laquelle il se produit une boue d'hydroxyde qui circule avec une quantité d'é- lectrolyte qui vient d'être utilisée dans un bassin de nettoyage contenant une quantité de réserve d'électrolyte et duquel est soutiré un mélange d'électrolyte et de boue, dans une zone de haute concentration en boue, qui est évacué vers un filtre-presse à chambres ou vers une centrifugeuse, d'o l'électrolyte nettoyé est à nouveau retourné vers le circuit du procédé. Un tel procédé est connu du document DE 4005251. Dans celui-ci, il est proposé de subdiviser le bassin de nettoyage en une chambre, notamment une chambre de réception, une chambre de sédimentation et une chambre de prélèvement. L'électrolyte contaminé arrive dans la chambre de réception et de là, éventuellement avec intercalage d'une chambre de stabilisation, près du fond dans la chambre de sédimentation. Etant donné que la boue d'hydroxyde est légèrement plus lourde que l'électrolyte, la boue doit se déposer sur le fond dans la chambre de sédimentation et y est de temps à autre aspirée vers le filtre-presse à chambres. Le prélèvement de l'électrolyte nettoyé de la chambre de prélèvement s'effectue près de la surface. Le procédé connu a fait ses preu- ves, mais requiert toutefois un bassin de nettoyage important à chambres multiples avec nécessairement de grandes quantités de réserve d'électrolyte, étant donné qu'un temps de séjour considérable de l'électrolyte contaminé est nécessaire pour laisser se déposer les particules de boue. Le pompage de la boue d'hydroxyde requiert une importante quantité d'électrolyte, ce qui rend à nouveau nécessaires des filtres-presses ou centrifugeuses de grand volume. Du fait du temps de séjour nécessairement long de l'électrolyte dans le bassin de nettoyage, en cas de grand besoin en électrolyte de l'installation d'u- sinage, il ne se produit qu'un nettoyage partiel, avec l'inconvénient d'un en- crassement des outils électrochimiques et d'une imprécision qui en résulte de l'usinage de la forme. L'objet de l'invention est de créer un nouveau procédé, et un dispositif fonctionnant selon celui-ci, pour accélerer et améliorer l'effet de nettoyage de l'électrolyte dans le bassin de nettoyage et de réaliser le dispositif de manière plus simple et, de ce fait, plus économique. Cet objet est résolu dans le procédé suivant l'invention du type cité au début par le fait que le soutirage de l'électrolyte enrichi de boue d'hydroxyde s'effectue à ou près de la surface du liquide du bassin de nettoyage et aussi peu de temps après l'entrée dans le bassin de nettoyage de la quantité d'électrolyte qui vient d'être utilisée que la proportion de boue d'hydroxyde dans la quan- tité de soutirage est plus grande que dans la quantité totale d'électrolyte dans le bassin de nettoyage. L'invention se base sur la constatation que les particules de boue de l'hy- droxyde résultant de l'électrolyse ont un poids spécifique changeant dans le temps. Au début, les particules de boue flottent près de la surface dans l'é- lectrolyte du bassin de nettoyage et leur vitesse de précipitation est très faible. Toutefois, la vitesse de précipitation augmente dans le temps. Cela est possi- blement dû au fait que dans les particules de boue sont encore liés des gaz pro- venant de l'électrolyse qui entraînent une poussée verticale dans le bassin de nettoyage. L'invention utilise cette connaissance, contrairement à l'état cité au début, en n'attendant pas que la majeure partie des particules de boue se soient précipitées près du fond, mais en soutirant, au contraire, près de la sur- face la quantité d'électrolyte qui vient d'être utilisée et ce avant qu'elle ne se mélange à la quantité de réserve supérieure se trouvant dans le bassin. La quantité d'électrolyte soutirée de la surface présente une concentration en boue d'hydroxyde considérablement plus élevée que celle qui serait présente dans le mélange d'électrolyte total dans le bassin de nettoyage après un temps de séjour suffisant. Il en résulte directement une réduction des filtres-presses à chambres ou centrifugeuses nécessaires, d'une part, et une réduction consi- dérable des dimensions de construction et une simplification du bassin de nettoyage, d'autre part. Lorsqu'il est veillé à une alimentation appropriée à faible turbulence dans le bassin de nettoyage du liquide électrolytique qui vient d'être utilisé et qu'il est maintenu un état aussi laminaire que possible du liquide dans le bassin de nettoyage, il peut être obtenu que le liquide élec- trolytique contaminé qui vient d'être utilisé et nouvellement arrivant peut être soutiré pratiquement dans sa totalité à la surface du bassin de nettoyage. Il y a toutefois lieu de tenir compte du temps, car, pendant une durée d'environ trois minutes après l'arrivée du liquide électrolytique contaminé, la vitesse de précipitation des particules d'hydroxyde est pratiquement nulle. Lorsque le li- quide électrolytique arrivé peut être complètement soutiré pendant ce laps de temps, le résultat est optimal. Au fur et à mesure qu'augmente le temps de séjour, il se produit un troublage de plus en plus profond du liquide électroly- tique dans le bassin de nettoyage, ce qui est dû à la précipitation de la boue par dégazage des particules de boue et/ou mélange du liquide électrolytique qui vient d'être utilisé dans l'opération d'usinage précédante à la quantité d'élec- trolyte de réserve présente dans le bassin de nettoyage. Contrairement à l'état de la technique, de l'électrolyte nettoyé est prélevé du bassin de nettoyage non pas près de la surface, mais dans la moitié infé- rieure du bassin de nettoyage et il s'est avéré que l'électrolyte prélevé est exempt de particules flottantes et présente un aspect absolument clair. Les avantages qui en résultent sont un moindre encrassement des outils électro- chimiques avec, pour conséquence, un usinage plus précis de la forme des pièces à usiner, une meilleure surface des pièces à usiner dans les zones d'u- sinage et dans leur voisinage, un moindre encrassement des machines d'usi- nage, une plus grande longévité de l'électrolyte et, finalement, moins de dé- pôts dans les tuyauteries et réservoirs. L'espace requis pour le bassin de net- toyage est sensiblement moindre que selon l'état de la technique et les frais de fabrication sont moins élevés. Des recherches ont donné pour résultat que la quantité d'électrolyte s'écoulant de l'usinage électrochimique ne doit pas nécessairement être ame- née directement à la surface de la réserve d'électrolyte dans le bassin de net- toyage, mais que doit être évitée le plus possible une forte turbulence lors de l'amenée de la quantité de liquide électrolytique. En cas d'augmentation de la turbulence à la surface dans le bassin de nettoyage, la concentration en boue diminue considérablement dans la quantité de liquide soutirée. Lorsque la quantité d'électrolyte qui vient d'être utilisée avec les parti- cules de boue y contenues est amenée, de préférence, près de la surface et au moins à faible turbulence dans le bassin de nettoyage, le point de soutirage peut être disposé près du point d'entrée et ce en aval de la quantité d'élec- trolyte entrante. De ce fait, les dimensions du bassin de nettoyage sont ré- duites et il peut être disposé près de la surface dans le bassin de nettoyage, par exemple de manière flottante, des déflecteurs mécaniques qui conduisent sans perte la quantité d'électrolyte qui vient d'être utilisée vers le point de souti- rage. Lorsque les critères précités sont strictement respectés, la quantité d'élec- trolyte de réserve se trouvant dans le bassin de nettoyage, à l'exception d'une mince couche près de la surface, reste non troublée, de sorte que le prélève- ment de liquide électrolytique exempt de boue peut avoir lieu à tout niveau au choix au-dessous de cette couche flottante trouble. Pour des raisons de sé- curité et également en fonction du rapport entre la quantité d'électrolyte de réserve présente dans le bassin de nettoyage et la quantité d'électrolyte utilisée entrant par unité de temps, le prélèvement d'électrolyte nettoyé ne doit toute- fois pas se faire dans le tiers supérieur de la réserve de liquide. De même, un prélèvement directement près du fond du bassin de nettoyage ne serait pas recommandable, étant donné que des particules de boue pourraient s'y accu- muler en cas de perturbations du processus de nettoyage. De manière appro- priée, le point de prélèvement est, de ce fait, disposé dans la moitié inférieure du bassin de nettoyage, toutefois à une distance de sécurité de son fond, ou dans le tiers central de la hauteur. Le courant d'électrolyte contaminé sortant de la machine d'usinage est, de préférence, amené à l'aide d'un flexible sur une tôle de distribution légère- ment inclinée vers le bas, afin de répartir uniformément le courant d'électro- lyte sur une plus grande largeur du bassin de nettoyage. Du fait de cette ame- née, il est en général créé une vitesse de déplacement suffisante de la quantité d'électrolyte dans la zone près de la surface. En cas de faibles amenées par unité de temps et/ou de bassins de nettoyage de grandes dimensions, il peut être avantageux de provoquer une circulation superficielle supplémentaire. A cet effet conviennent des cylindres de transport à rotation lente en rapport avec des déflecteurs à l'intérieur du bassin de nettoyage, tout comme des sys- tèmes de tuyères à air sous pression qui créent un voile d'air en mouvement à la surface du niveau de liquide en direction du point de soutirage. De tels systèmes de tuyères à air sous pression peuvent, selon l'invention, également être utilisés lorsqu'en cas de production accrue d'électrolyte à nettoyer, celui-ci ne peut pas être pompé dans sa totalité au point de soutirage principal. Le cou- rant d'électrolyte restant ou plusieurs courants d'électrolyte restants peuvent alors être amenés par le système de soufflage vers des points de soutirage auxiliaires auxquels peuvent également être pompées découches d'électrolyte contaminé. L'invention est décrite plus en détail en référence au dessin qui repré- sente un mode de réalisation et dans lequel: la Figure 1 est une vue en coupe schématisée d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, et la Figure 2 est un diagramme illustrant la variation de la partie de la boue d'hydroxyde se précipitant vers le bas lorsque la durée augmente. Un dispositif d'usinage électrochimique 10 présente une cuve de collec- tion 12 du liquide électrolyte qui vient d'être utilisé pendant l'opération d'u- sinage et qui est mélangé avec des particules de boue d'hydroxyde. Un flexible de connexion 14 relie la cuve de collection 12 à un arrangement d'amenée 16 à l'intérieur d'un bassin de nettoyage 18. L'arrangement d'amenée 16 présente une ramp e oblique 20 qui diverge en largeur vers le bas et aboutit dans un lit fluidisé 22 qui est réalisé dans un élément flottant 24. Le lit fluidisé 22 diverge, de préférence, également dans le sens de la sortie et occupe, à l'extrémité de sortie, une partie substantielle de la largeur du bassin de nettoyage 18. L'élé- ment flottant 24 est monté, de manière réglable en hauteur, sur une tige verti- cale 26 et supporte, à son tour, la rampe 20. La hauteur de l'élément flottant 24 est dimensionnée de façon que l'extrémité de sortie du lit fluidisé se trouve, en fonctionnement, donc lorsque du liquide électrolytique circule par le lit fluidisé 22, au moins environ au niveau du liquide 28 de la quantité d'élec- trolyte de réserve 30 se trouvant dans le bassin de nettoyage 18. Grâce au lit fluidisé 22 s'élargissant, le liquide électrolytique contaminé de particules de boue arrive dans le bassin de nettoyage 18 en une couche de faible hauteur et flotte pour ainsi dire sur la surface de la réserve d'électrolyte clair 30 contenue dans celui-ci. Du fait de l'amenée, il se produit, à l'intérieur du bassin de nettoyage 18, une circulation superficielle de gauche à droite et à une distance de l'élément flottant 24 se trouve, dans le sens de circulation principal, un point de soutirage 32 qui, dans l'exemple de réalisation, se pré- sente sous forme d'un soi-disant écumoir qui consiste en un tube télescopique 34 dont la partie supérieure est fixée à un flotteur 36 qui maintient la bouche supérieure du tube télescopique 34 au niveau 28 de la réserve d'électrolyte 30. La partie fixe du tube télescopique 34 aboutit, du côté inférieur, dans un collec- teur 38 auquel est relié, par l'intermédiaire d'un conduit 40 avec une pompe 42, un filtre-presse à chambres 44 qui enlève, de manière connue, des parti- cules de boue du liquide électrolytique, de sorte que le liquide électrolytique nettoyé peut être retourné au bassin de nettoyage 18. Entre l'élément flottant 24 et le point de soutirage 32 se trouvent des dé- flecteurs flottants, non illustrés, convergeant vers la réserve d'électrolyte 30 qui dirigent la couche d'électrolyte à teneur en boue sans turbulence du lit fluidisé 22 vers le point de soutirage 32. Selon la grandeur du bassin de nettoyage 18 et la quantité d'électrolyte chargé de boue arrivant par unité de temps, il peut être nécessaire de disposer plusieurs points de soutirage 32 en rangée transversalement au sens de la cir- culation superficielle, tout comme il peut également être avantageux de dis- poser l'une derrière l'autre deux de ces rangées de points de soutirage 32, les points de soutirage de l'une des rangées se trouvant alternés par rapport à ceux de l'autre rangée. Dans le tiers inférieur du bassin de nettoyage 18 aboutit, à une distance du fond, un conduit de prélèvement 46 avec une pompe 48 qui prélève du liquide électrolytique clair exempt de boue du bassin de nettoyage 18 et l'a- mène au dispositif d'usinage 10. Le liquide électrolytique qui vient d'être utilisé dans l'opération d'usi- nage terminée et provenant du dispositif d'usinage 10 contient de la boue d'hydroxyde dont le poids spécifique - tel qu'elle sort du filtre-presse à cham- bres 44 - correspond à peu près à celui de l'électrolyte. La boue est toutefois mélangée avec des huiles ou graisses des pièces usinées et sur les particules de boue sont déposées des molécules d'hydrogène et d'oxygène qui proviennent de l'électrolyse de l'opération d'usinage. Ces éléments d'huile ou de graisse ainsi que de gaz se détachent des particules d'hydroxyde au fur et à mesure qu'augmente le temps de séjour, de sorte que le poids spécifique de celles-ci augmente dans le temps. Tel qu'il ressort du diagramme selon la Figure 2, en cas d'amenée à tur- bulence suffisamment faible dans le bassin de nettoyage 18 de l'électrolyte uti- lisé, la vitesse de précipitation des particules de boue est, dans les quelque trois premières minutes, environ égale à zéro. La proportion des particules de boue P se précipitant augmente environ d'une fonction e au fur et à mesure qu'augmente le temps T sur la courbe K. Les points de la courbe K ont été déterminés à amenée sans turbulence de l'électrolyte chargé de particules de boue. On voit ainsi qu'après un temps de séjour de 12 minutes après l'entrée dans le bassin de nettoyage 18 de la solution d'électrolyte utilisée provenant de l'opération d'usinage précédente, environ 50% des particules de boue se sont détachées et se précipitent vers le fond du bassin. Après un temps de séjour d'un peu plus de 40 minutes, la proportion de boue dégagée de l'élec- trolyte utilisé est pratiquement de 100%. Donc, si le pompage de l'électrolyte utilisé à la surface du contenu du bassin s'effectue dans les trois premières minutes après l'entrée dans le bassin, toutes les particules de boue peuvent être éliminées du bassin de nettoyage 18 sans qu'il ne se produise le moindre troublement du contenu du bassin au-dessous de la couche supérieure conta- minée. Cela suppose toutefois que des turbulences sont évitées dans cette couche supérieure. Par exemple, si la réserve d'électrolyte 30 est fortement mise en mouvement à l'aide d'un agitateur de sorte que ce dernier affecte la couche supérieure à teneur en boue, la tendance des particules de boue à se précipiter est fortement accélérée. La courbe de comparaison se situe alors au- dessus de la courbe K selon la Figure 2 et la proportion des particules de boue se dégageant de la couche supérieure est, à de faibles valeurs de temps, prati- quement doublée. Ainsi, la proportion de 50% de quantité dégagée est déjà atteinte après un temps de séjour dans le bassin 18 d'environ 7 minutes. Au fur et à mesure qu'augmente le temps de séjour de l'électrolyte uti- lisé dans le bassin 18 augmente la quantité d'électrolyte préalablement nettoyé devenu trouble dans la quantité de soutirage, lorsque les particules de boue doivent être totalement éliminées. La proportion de la quantité d'électrolyte utilisé dans la quantité de soutirage diminue en conséquence. Cette propor- tion doit toutefois être aussi grande que possible. On considère que la valeur minimale est de 40%. Lorsqu'on parle, dans ce qui précède, de filtres-presses à chambres ou centrifugeuses, il est entendu que d'autres dispositifs de filtration ou de sépa- ration équivalents, par exemple des dispositifs de sédimentation, peuvent tout aussi bien être utilisés, sans s'écarter de l'étendue de protection du pré- sent brevet. Le procédé suivant l'invention peut être utilisé non seulement pour le nettoyage de l'électrolyte dans l'usinage électrochimique, mais aussi, par exemple, pour le nettoyage du liquide d'usinage lors de l'érosion électrique. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le nettoyage du liquide d'usinage lors d'un usinage élec- trique par enlèvement de métal, en particulier du liquide électrolytique d'une opération d'usinage électrochimique au cours de laquelle il se produit une boue d'hydroxyde qui circule avec une quantité d'électrolyte qui vient d'être utilisée dans un bassin de nettoyage contenant une quantité de réserve d'&é- lectrolyte et duquel est soutiré un mélange d'électrolyte et de boue, dans une zone de haute concentration en boue, qui est évacué vers un filtre-presse à chambres ou vers une centrifugeuse, d'o l'électrolyte nettoyé est à nouveau retourné vers le circuit du procédé, caractérisé par le fait que le soutirage de l'électrolyte enrichi de boue d'hydroxyde s'effectue à ou près de la surface du liquide du bassin de nettoyage (18) et aussi peu de temps après l'entrée dans le bassin de nettoyage (18) de la quantité d'électrolyte qui vient d'être utilisée que la proportion de boue d'hydroxyde dans la quantité de soutirage est plus grande que dans la quantité totale d'électrolyte dans le bassin de nettoyage (18). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la propor- tion de la quantité d'électrolyte à teneur en boue dans la quantité de soutirage est d'au moins environ 40%. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la quantité d'électrolyte utilisé contaminé de boue d'hydroxyde est amenée dans le bassin de nettoyage (18) près de la surface. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la quantité d'électrolyte utilisé contaminé est amenée sans turbulence dans le bassin de nettoyage (18). 5. Procédé suivant l'une des revendications I à 4, caractérisé par le fait que l'entrée de la quantité d'électrolyte qui vient d'être utilisée et le soutirage d'électrolyte contaminé se font dans le même bassin de nettoyage (18) ou dans la même chambre de nettoyage. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'au moins un point de soutirage (32) se situe en aval de la quantité d'électrolyte qui vient d'être utilisée entrant dans le bassin de nettoyage (18). 7. Procédé suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'au moins un point de soutirage (32) se situe près du point d'entrée. 8. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'au moins 30% de la quantité d'électrolyte qui vient d'être utilisée et conta- minée sont soutirés au cours de moins de 10 minutes après leur entrée dans le bassin de nettoyage (18). 9. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que de la quantité d'électrolyte qui vient d'être utilisée, au moins une propor- tion de 50% est, au cours d'un temps de séjour de maximum 5 minutes dans le bassin de nettoyage (18), à nouveau soutirée de ce dernier. 10. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'est maintenue dans le bassin de nettoyage (18), à la surface du liquide, une circulation à composante de direction principale du point d'entrée vers au moins un point de soutirage (32). 11. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que de l'électrolyte exempt de boue, toutefois au moins pauvre en boue, est prélevé, pour l'opération d'usinage électrochimique suivante, du bassin de nettoyage (18), dans le tiers central ou dans la moitié inférieure du bassin de nettoyage (18), toutefois à une distance du fond. 12. Dispositif pour le nettoyage du liquide électrolytique d'une opération d'usinage électrochimique dans laquelle est prévu un bassin de nettoyage avec une quantité de réserve d'électrolyte dans lequel aboutissent un conduit de retour d'un dispositif d'usinage électrochimique et un conduit de prélève- ment, avec une pompe, d'électrolyte nettoyé ainsi qu'au moins un point de soutirage de liquide électrolytique enrichi de boue d'hydroxyde, caractérisé par le fait que l'au moins un point de soutirage (32) est disposé à ou près de la sur- face (28) de la quantité de réserve d'électrolyte (30) et le point de prélèvement (46) d'électrolyte nettoyé est disposé dans le tiers central ou dans la moitié in- férieure du bassin de nettoyage (18), tout en respectant une distance suffisante du fond. 13. Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé par le fait que le conduit de retour (14, 20, 22) aboutit au moins environ horizontalement à ou près de la surface (28) de la quantité de réserve d'électrolyte (30) dans le bassin de nettoyage (18). 14. Dispositif suivant la revendication 12 ou 13, caractérisé par le fait que dans le bassin de nettoyage (18) est disposé un système de guidage mécanique situé près de la surface à parois de guidage convergeant dans le sens de la cir- culation et qui conduit vers le point de soutirage (32).