Brevet FR2753406A1 — publié le 19980320

La présente invention concerne un dispositif de traitement de pièces par grenaillage, et plus particulièrement par grenaillage au moyen de billes d'acier mises en mouvement par un champ ultrasonore. On sait que les dispositifs de traitement de ce type sont habituellement utilisés, dans le domaine de la construction mécanique, notamment pour conférer à certaines pièces, métalliques ou non, des qualités de durcissement superficiel, ou pour favoriser la densification de surfaces poreuses. Les dispositifs de traitement de ce type sont habituellement constitués d'un transducteur, formé de disques de piézocéramique, qui est prolongé d'un concentrateur et d'une sonotrode sur laquelle est fixée une chambre qui reçoit d'une part des billes métalliques et d'autre part la pièce à traiter. Les billes sont mises en mouvement sous l'effet des oscillations ultrasonores produites et viennent frapper la surface de la pièce à traiter, réalisant ainsi un traitement de surface par martelage de cette surface qui en augmente la dureté. Dans certains dispositifs de ce type, ainsi que décrit dans le brevet FR-A-2.689.431, l'ensemble générateur des oscillations ultrasonores est monté mobile par rapport à la pièce à traiter et est pourvu d'une chambre dont la géométrie est apte à s'adapter à celle de ladite pièce. I1 est ainsi possible d'utiliser un tel dispositif pour assurer le traitement de pièces de grandes dimensions. Un inconvénient majeur des dispositifs de traitement de l'état antérieur de la technique est que, en raison notamment du fait que la chambre de travail doit impérativement rester fermée pendant le déroulement du processus, ce dernier s'effectue de façon séquentielle, c'est-à-dire produit après produit, ce qui est préjudiciable sur le plan industriel à la cadence de production. C'est pourquoi les coûts de mise en oeuvre de ce type de procédé de traitement sont souvent incompatibles avec certaines exigences industrielles. Un autre inconvénient de ces dispositifs de traitement est que, en raison du fait que les billes métalliques utilisées comme projectiles restent dans la chambre de travail, il est de plus nécessaire d'interrompre périodiquement le processus de traitement pour les nettoyer ou les remplacer, ce qui réduit encore l'efficacité du procédé. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de traitement du type précité qui permette un fonctionnement en continu de l'installation. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif de traitement de pièces, notamment de pièces métalliques, disposées dans une chambre de traitement, par impact de corps durs, tels que notamment des billes de métal ou de céramique, projetés sur lesdites pièces par une sonotrode excitée par des moyens de production d'oscillations ultrasonores, caractérisé en ce qu'il comprend - une série de chambres de traitement adjacentes, - au moins une sonotrode qui constitue au moins une partie d'une paroi d'au moins une chambre de traitement, et - des moyens aptes à effectuer un déplacement relatif de ces chambres de traitement par rapport à la sonotrode afin de les présenter successivement devant celle-ci. Préférentiellement la sonotrode est libre mécaniquement par rapport aux chambres de traitement. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, le déplacement relatif des chambres de traitement par rapport à la sonotrode s'effectue de façon continue pendant le processus de traitement. Dans une variante de ce mode de mise en oeuvre de l'invention, les chambres de traitement font partie d'un barillet pourvu de moyens de mise en rotation autour de son axe central et les sonotrodes sont fixes. Ces sonotrodes peuvent constituer au moins une partie de la base d'une chambre de traitement. Elles peuvent également constituer une partie de la paroi latérale de celles-ci. De façon intéressante le dispositif suivant l'invention comprend plusieurs zones, à savoir une zone de chargement qui s'ouvre sur l'intérieur d'au moins une chambre de traitement, au moins une zone de traitement, et au moins une zone de déchargement. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue de dessus en coupe d'un mode de mise en oeuvre d'un dispositif de traitement suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe, suivant la ligne II-II, du dispositif représenté sur la figure 1. La figure 3 est une vue partielle schématique, à plus petite échelle, d'un ensemble acoustique mis en oeuvre dans l'invention. La figure 4 est une vue de dessus partielle en coupe d'une variante de mise en oeuvre d'un dispositif de traitement suivant l'invention. Les figures 5 et 6 sont des vues schématiques de deux autres variantes de mise en oeuvre de l'invention. Le dispositif suivant l'invention représenté sur les figures 1 à 3 est essentiellement constitué d'un cadre support 1 formant une enveloppe cylindrique, à l'intérieur duquel est disposé un barillet 3 monté à rotation autour de son axe yy', et de trois ensembles acoustiques 5a, 5b, 5c. Le barillet 3 est formé d'un noyau cylindrique 7 à partir duquel s'étendent une paroi inférieure 9 formant un fond et une paroi supérieure 11 formant couvercle, qui sont de forme circulaire afin de recouvrir parfaitement le fond 13 du cadre support 1. Le barillet 3 comporte également douze parois radiales et verticales 15 qui s'étendent vers l'extérieur à partir du noyau 7 et qui définissent avec les parois 9 et 11 douze chambres de traitement 17. Les trois ensembles acoustiques 5a, 5b, 5c sont identiques à l'ensemble 5 représenté sur la figure 3 et ils comprennent chacun, un transducteur 19 à disques de piézocéramique, dont l'amplitude des vibrations qu'il fournit est amplifiée par un concentrateur 21 en titane, qui est solidaire d'une sonotrode 23 (respectivement désignée par 23a, 23b, 23c sur la figure 1). La face frontale 24 de chaque sonotrode 23 (respectivement désignée par 24a, 24b, 24c sur la figure 1) a une forme circulaire, et de même rayon r que celui de la surface externe du barillet 3. La paroi verticale et cylindrique du cadre 1 comporte trois évidements 25 destinés à admettre la partie antérieure des trois sonotrodes 23a, 23b, 23c de façon que leurs faces frontales respectives 24a, 24b, 24c constituent une paroi latérale des chambres de traitement 17 lorsque celles-ci se trouvent en face des sonotrodes. Dans le présent mode de mise en oeuvre les évidements 25 sont disposés de façon à former entre eux un angle a d'environ 80". La paroi cylindrique du cadre 1 comporte également un quatrième évidement 27 qui s'étend sur environ la largeur de deux chambres de traitement successives 17, de façon à définir deux zones, à savoir une zone A ou zone de chargement et une zone B ou zone de déchargement. La zone de chargement A est distante d'un angle ss de la première 23a des trois sonotrodes, de façon à former entre elles une zone de transition C. L'angle ss est de préférence supérieur à l'angle au centre d'une chambre de travail 17. La zone de déchargement B est distante de la dernière sonotrode 23c d'un angle y, de façon à former une zone de transition D suivie d'une zone de ralentissement E. Le fonctionnement du dispositif suivant l'invention s'établit comme décrit ci-après. Le barillet 3 est animé, tout au long du processus de traitement, d'un mouvement de rotation continu et régulier dans le sens de la flèche F, par des moyens d'entraînement régulés de type connu, non représentés sur le dessin. On introduit dans une chambre de traitement 17, lorsque celle-ci se présente face à la zone de chargement A, une pièce à traiter 29, ou un lot de pièces à traiter, que l'on fixe par des moyens de suspension à la paroi supérieure 11 de cette chambre, ainsi que des billes métalliques (non représentées sur le dessin) de nature et de dimensions appropriées à l'opération de traitement que l'on souhaite réaliser. La chambre 17 ainsi chargée passe ensuite progressivement dans la zone de transition C, qui sert de sas avant la zone de traitement. Il en est de même de la chambre de traitement 17 suivante, qui se présente dans la zone de chargement A, si bien que l'ensemble du traitement se déroule de façon continue. En sortie de la zone de transition C la chambre de traitement 17 qui vient d'être chargée, se déplace face à la première sonotrode 23a où le traitement de la pièce 29 , ou du lot de pièces, s'effectue de façon classique puis, successivement, face aux seconde et troisième sonotrodes 23b et 23c où le traitement se poursuit. En sortie de la dernière sonotrode 23c, ladite chambre de traitement 17 arrive dans les zones de transition et de ralentissement D et E où les billes ralentissent progressivement leur mouvement jusqu'à leur arrêt total. La chambre de traitement 17 arrive ensuite dans la zone de déchargement B d'où la pièce traitée 29 peut alors être extraite. Cette chambre sera de nouveau remplie d'une pièce et/ou de billes lorsqu'elle se présentera devant la zone voisine de chargement A. Bien entendu le barillet 3 peut être conçu de différentes façons. Ainsi l'alimentation en billes de traitement pourra, par exemple, se faire par un orifice obturable prévu dans la paroi supérieure 11 de chaque chambre de traitement 17. De même les sonotrodes 23a, 23b, 23c pourront être disposées dans le fond du barillet 3. L'élément support des chambres de traitement 17 peut, bien entendu, être constitué par un élément mobile autre qu'un barillet rotatif. Ainsi, le dispositif de traitement suivant l'invention représenté sur la figure 4 est constitué d'une structure allongée 31 à l'intérieur de laquelle se déplace un tiroir coulissant 3a, qui comporte une série de chambres de traitement adjacentes 17. Les parois horizontales de la structure 31 sont percées d'évidements 25 permettant d'admettre, comme précédemment, des sonotrodes 23a, 23b, 23c, ainsi que d'évidements 27 destinés à constituer des zones de chargement A et de déchargement B. On pourra disposer d'une série de tiroirs 3a qui seront préalablement garnis des pièces 29 à traiter et des billes, et qui seront introduits dans la machine au fur et à mesure de l'avancement du tiroir contenant des pièces 29 en cours de traitement. On réalise ainsi également un traitement quasi continu, avec des moyens de déplacement linéaire. La présente invention permet de faire appel à un nombre d'ensembles acoustiques 5 supérieur à celui nécessaire au fonctionnement du processus. Il est ainsi possible de mettre périodiquement au repos certains de ceux-ci de façon à permettre ainsi notamment leur refroidissement. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention chacune des pièces ou chaque lot de pièces 29 à traiter est fixé sur un axe vertical , animé d'un mouvement de rotation tel que, au cours du déplacement de la chambre de traitement entre les sonotrodes, il ait effectué une série de rotations sur lui même. Ces rotations de la pièce à traiter 29 permettent d'améliorer, de façon notable, l'homogénéité du traitement effectué. On a représenté, de façon schématique, sur la figure 5 un exemple d'un dispositif mécanique permettant d'effectuer une telle rotation dans le cas où l'élément support des chambres de traitement est constitué d'un barillet 3. Dans ce mode de mise en oeuvre, le barillet 3 est animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe central vertical yy'. La paroi supérieure 11 de chacune des enceintes de traitement 17 est traversée par un axe vertical 33 sur la partie inférieure duquel est fixée la pièce 29 à traiter, et la partie supérieure de cet axe 33 est solidaire d'un pignon satellite 35. Chacun des pignons satellites 35 est en prise avec un pignon central 37 qui est entraîné en rotation par un arbre vertical 39, monté sur le barillet 3 coaxialement avec l'axe yy', l'entraînement de l'arbre 39 étant effectué par des moyens d'entraînement non représentés sur le dessin. Dans une variante de mise en oeuvre, représentée sur la figure 6, la surface de base 18 des enceintes de traitement 17 est inclinée en direction de la face frontale 24 de la sonotrode 23, ce qui permet d'une part la mise en mouvement facile des billes, notamment lorsque la sonotrode n'est pas disposée sous l'enceinte de traitement 17, et d'autre part une récupération plus rapide de celles-ci ce qui a pour effet d'améliorer l'efficacité du traitement réalisé. Suivant l'invention, on peut également injecter à l'intérieur des enceintes de traitement 17 un gaz sous pression, ce qui améliore l'action effectuée par les billes sur la pièce à traiter. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de traitement de pièces, notamment de pièces métalliques, disposées dans une chambre de traitement (17), par impact de corps durs, tels que notamment des billes de métal ou de céramique, projetés sur lesdites pièces (29) par une sonotrode (23a, 23b, 23c) excitée par des moyens (19,21) de production d'oscillations ultrasonores, caractérisé en ce qu'il comprend - une série de chambres de traitement (17) adjacentes, - au moins une sonotrode (23a, 23b, 23c) qui constitue au moins une partie d'une paroi d'au moins une chambre de traitement (17), et - des moyens aptes à effectuer un déplacement relatif de ces chambres de traitement (17) par rapport à la sonotrode (23a,23b,23c) afin de les présenter successivement devant celle-ci. 2.- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ladite sonotrode (23a, 23b, 23c) est libre mécaniquement par rapport aux chambres de traitement (17). 3.- Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le déplacement relatif des chambres de traitement (17) par rapport à la sonotrode (23a,23b,23c) s'effectue de façon continue pendant le processus de traitement. 4. Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les chambres de traitement (17) font partie d'un barillet (3) mobile en rotation autour d'un axe vertical (yy'). 5. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la face frontale (24) de la sonotrode (23) constitue au moins une partie d'une paroi latérale de ladite chambre de traitement (17). 6.- Dispositif suivant la revendication 5 caractérisé en ce que les chambres de traitement (17) comportent une surface de base (18) qui est inclinée en direction de la face frontale (24) de la sonotrode (23). 7.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque chambre de traitement (17) est équipée de moyens (33,35,37) de mise en rotation de la pièce à traiter (29) sur elle-même. 8.- Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé en ce que les chambres de traitement (17) comportent chacune un axe vertical (33) supportant les pièces, qui est solidaire, à sa partie supérieure, d'un pignon satellite (35) en prise avec un pignon central (37) du barillet (3). 9.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les chambres de traitement (17) sont pourvues de moyens d'admission d'un gaz comprimé destiné à favoriser la mobilité des corps durs dans lesdites chambres (17). 10.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs zones, à savoir une zone de chargement (A) qui s'ouvre sur l'intérieur d'au moins une chambre de traitement, au moins une zone de traitement, et au moins une zone de déchargement(B).