Brevet FR2759008A1 — publié le 19980807

Procédé de serrage de pièces à paroi mince dans une machine-outil et installation pour la mise en oeuvre du procédé. L'invention concerne un procédé de serrage de pièces à paroi mince dans une machine-outil ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Les pièces à serrer ont une paroi mince qui présente une stabilité de forme réduite. Les pièces peuvent être par exemple des anneaux minces et des douilles dont la face frontale doit être usinée par rectification, honage (superfinish) et similaire. Les anneaux ou douilles à usiner, qui peuvent être réalisés aussi sous forme de pièces en fonte, présentent souvent un contour extérieur complexe. Ils peuvent être utilisés en tant que bagues de palier, en tant qu'anneaux dans des étanchéités à anneau glissant et similaires, des exigences élevées étant posées quant au respect des cotes. Ces pièces sont principalement des pièces de série, qui doivent être usinées en grand nombre. Pour le serrage de pièces indéformables, à paroi mince dans une machine-outil, on court le risque que les pièces soient déformées par les forces de serrages exercées par un dispositif de serrage. Enfin le serrage est rendu plus difficile lorsque le contour extérieur est irrégulier et non usiné, par exemple dans le ces de pièces en fonte. L'invention à pour but d'indiquer un procédé ainsi qu'un dispositif destiné à serrer dans une machine-outil, sans déformation, des pièces à paroi mince, de stabilité de forme réduite, qui en tant que pièces de série doivent être usinées en grand nombre. L'invention à pour objet un procédé de serrage de pièces à paroi mince dans une machine-outil, caractérisé par l'utilisation de porte-pièces avec une chambre de réception, qui contient un alliage métallique en fusion à une température comprise entre 45 C et 140 C et se solidifiant au refroidissement avec augmentation de volume, une pièce à usiner, présentant une partie arrière ne devant pas être usiné, étant placée dans l'alliage métallique en fusion et la chambre de réception de pièce étant refroidie, jusqu'à ce que le métal en fusion se solidifie en un bloc maintenant la pièce, le porte-pièce étant serré avec la pièce coulée dans le bloc, dans une machine-outil et la pièce étant usinée, le porte-pièce étant acheminé avec la pièce à usiner vers un dispositif de chauffage, le bloc étant fondu par apport de chaleur et la pièce usinée étant prélevée et le porte-pièce étant ensuite à nouveau acheminé vers un dispositif de refroidissement et y étant chargé avec une nouvelle pièce. Comme alliage métallique on utilise de préférence un alliage de bismuth fondant facilement. Les alliages de bismuth se caractérisent par de bas points de fusion et possèdent un coefficient de dilatation négatif - tout comme le bismuth métallique lui-même - c'est-à-dire qu'il se dilate légèrement à la solidification. Du fait de la dilatation, le bloc se solidifiant est fermement serré dans la chambre de réception du portepièce et la pièce est fixée en toute certitude. Comme alliages de bismuth on peut utiliser par exemple un alliage de Wood (point de fusion C), un alliage de Lipowitz ( point de fusion 70 C) et un alliage de Darcet (point de fusion 94 OC). On préférera un alliage de bismuth sans plomb contenant comme composants principaux de l'alliage Bi, Sn et In. Pour les pièces qui doivent être utilisées dans le secteur médical, un contact direct entre le métal en fusion et la pièce pendant l'usinage pourrait être gênant. Pour éviter un contact direct, l'invention enseigne que la chambre de réception est recouverte par une feuille flexible qui s'applique contre la pièce s'immergeant dans le métal en fusion. Le procédé suivant l'invention convient à une utilisation dans le cadre d'une production en grandes séries. Dans le cas d'une production en grandes séries le procédé suivant l'invention est avantageusement conçu de manière qu'une pluralité de prte-pièces soient en circulation et les porte-pièces soient acheminés simultanément vers le dispositif de refroidissement et le dispositif de chauffage. L'invention a aussi pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé. L'installation suivant l'invention comporte une pluralité de porte-pièces avec une chambre de réception, qui contient un alliage métallique en fusion et se solidifiant au refroidissement, avec augmentation de volume, un poste de refroidissement et avec un dispositif pour une amenée de pièces, un poste de chauffage avec dispositif de chauffage pour la fusion de l'alliage métallique et avec un dispositif pour prélèvement de pièce, un dispositif de transport équipé de pinces, qui saisit les porte-pièces et les achemine simultanément vers le poste de refroidissement et vers le poste de chauffage, un dispositif de prélèvement de porte-pièce, qui saisit les porte-pièces avec la pièce coulée à l'intérieur et les achemine vers une machine-outil, un dispositif de chargement de pièce, qui achemine les porte-pièces provenant de la machine-outil avec la pièce usinée vers le poste de chauffage ou vers un poste situé en amont du poste de chauffage, le dispositif pour l'amenée des pièces comportant un bras de robot qui positionne la pièce dans la chambre de réception et la maintient jusqu'à solidification du métal en fusion, et le dispositif de prélèvement de pièce comportant également un bras de robot, qui saisit la pièce avant la fusion de l'alliage métallique. Les porte-pièces sont constitués de préférence d'un moyeu avec un dispositif de centrage, par exemple sous la forme d'une perçage de centrage, ainsi qu'une chambre annulaire en matériau conducteur de la chaleur, raccordée périphériquement au moyeu. Le dispositif de centrage permet un serrage précis du porte-pièce dans la machine- outil. Il permet en outre une orientation précise des bras de robot lors du positionnement des pièces. Grâce au centrage des bras de robots par interaction avec le dispositif de centrage, les pièces peuvent être insérées dans la chambre de réception des porte-pièces, avec une symétrie de révolution et dans une position précise. La chambre annulaire du porte-pièce est de préférence en aluminium. Pour améliorer la stabilité de forme il est possible de prévoir un anneau d'acier sur le pourtour de la chambre annulaire. Pour améliorer le transfert de chaleur il est possible de former en outre dans la chambre de réception du porte-pièce, des lamelles de transfert de chaleur orientées vers le côté intérieur de la chambre. Celles-ci augmentent la surface de transfert de chaleur vers le métal en fusion et contribuent à un refroidissement ou à un chauffage rapide de l'alliage métallique. Selon une forme préférée de l'invention, le dispositif de chauffage comporte une plaque chauffante annulaire, chauffée électriquement, sur laquelle peut être placé la chambre annulaire, présentant un fond plan, le moyeu s'engageant dans l'ouverture de la plaque chauffante annulaire. Le refroidissement s'effectue avantageusement à l'eau. En ce qui concerne le dispositif l'invention enseigne que le poste de refroidissement comporte un bassin à eau de refroidissement annulaire avec une arrivée d' eau de refroidissement inférieure et un trop-plein d'eau de refroidissement, les porte-pièces pouvant être posés sur la face supérieure du bassin à eau de refroidissement et les chambres de réception s'immergeant dans le bassin à eau de refroidissement. Dans le cas d'une fabrication en grandes séries le temps de séjour du porte- outil aux postes de l'installation doit être aussi court que possible. Dans le cas de temps de séjour courts on peut obtenir un rendement élevé. Pour réduire le temps de séjour au poste de refroidissement et au poste de chauffage, il est monté de préférence en amont du poste de chauffage, un poste de préchauffage avec un dispositif de chauffage et en aval du poste de refroidissement est monté un poste de refroidissement complémentaire avec dispositif de refroidissement, de sorte qu'au total l'installation comporte quatre postes. Le dispositif de prélèvement de porte-pièce est associé au poste de refroidissement complémentaire. Le dispositif de chargement de porte-pièce est associé au poste de préchauffage. Le prélèvement des pièces usinées s'effectue au poste de chauffage et l'amenée des pièces à usiner, au poste de refroidissement. Du fait de la distribution des différentes opérations entre quatre postes, on peut obtenir des temps de séjour courts à chaque poste. Dans cette réalisation le dispositif de transport comporte de préférence une console centrale disposée au centre du cercle avec dispositif d'entraînement en rotation et bras de retor raccordés radialement à la console centrale, avec des pinces destinées à saisir les porte-pièces. La rotation de la console centrale s'effectue en cadence suivant la durée de séjour au poste nécessaire. Il est bien entendu que la durée de séjour est la même dans tous les postes. L'invention est décrite ci-après plus en détail en référence à des dessins représentant uniquement un exemple de réalisation. La fig. 1 est une vue de dessus schématique d'une installation suivant l'invention avec un poste de chauffage et une poste de refroidissement, la fig. 2 est une vue en coupe du poste de chauffage de l'installation représentée sur la fig. 1 (coupe A-A), la fig. 3 est une vue en coupe du poste de refroidissement de l'installation représentée sur la fig. 1 (coupe B-B). L'installation représentée sur les figures est utilisée pour serrer des pièces annulaires, à paroi mince, déformables, qui doivent être usinées sur le côté frontal dans une machine-outil 14. L'installation comporte une pluralité de porte-pièces 2 avec une chambre de réception 3, qui contient un alliage métallique 4 en fusion, se solidifiant au refroidissement avec augmentation de volume. L'installation comporte en outre un poste de refroidissement 5 avec dispositif de refroidissement 6 et avec un dispositif pour une amenée de pièce 7, un poste de chauffage 8 avec dispositif de chauffage 9 pour la fusion de l'alliage métallique 4 et avec un dispositif 10 pour un prélèvement de pièce, un dispositif de transport 12 équipé de pinces 11, qui saisit les porte-pièces 2 et les achemine simultanément vers le poste de refroidissement 5 ainsi que vers le poste de chauffage 8, un dispositif de prélèvement de porte-pièce 13, qui saisit les porte-pièces 2 avec la pièce 1 coulée à l'intérieur et les achemine vers une machine-outil 14 ainsi qu'un dispositif de chargement de porte-pièce 15, qui achemine les porte-pièces 2 provenant de la machine-outil 14, avec la pièce 1 usinée, vers le poste de chauffage ou un poste 16 situé en amont du poste de chauffage 8. Sur 1 fig. 1 il est indiqué que le dispositif d'amenée de pièce 5 comporte un bras de robot 17, qui positionne la pièce 1 dans la chambre de réception 3 et qui la maintient jusqu'à solidification du métal en fusion et que le dispositif de prélèvement de pièce 10 comporte également un bras de robot 18 qui saisit la pièce 1 avant la fusion de l'alliage métallique 4. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la fig. 1, en amont du poste de chauffage 8 est monté un poste de préchauffage 16 avec un dispositif de chauffage 19. En aval du poste de refroidissement 5 est monté un poste de refroidissement complémentaire 20 avec dispositif de refroidissement 21. Le poste de préchauffage 16, le poste de chauffage 8, le poste de refroidissement 5 et le poste de refroidissement complémentaire 21 sont disposés en cercle. Le dispositif de transport 12 comporte une console centrale 22, disposée au centre du cercle, avec dispositif d'entraînement en rotation et des bras de rotor 23 raccordés radialement à la console centrale 22, avec des pinces 11 pour la saisie des porte-pièces 2. A l'aide du dispositif de transport 12 les porte-pièces 2 sont déplaçables d'un poste à l'autre. On voit aussi sur la fig. 1 que le dispositif de prélèvement de porte-pièce 13 est associé au poste de refroidissement complémentaire 24 et le dispositif de chargement de porte- pièce 15, au poste de préchauffage 16. Les pièce 1 usinées sont prélevées du poste de préchauffage 8. Au poste de refroidissement 5, des pièces 1 à usiner sont acheminées vers l'installation et positionnées dans les porte-pièces 2. La chambre de réception 3 des porte-pièces 2 contient - en tant qu'alliage métallique - un alliage de bismuth 4 en fusion entre 45 C et 140 C et se solidifiant au refroidissement, avec augmentation de volume. Comme alliage de bismuth on peut utiliser par exemple un alliage de Wood (7 à 8 parties en masse de Pb, 4 parties en masse de BB, 2 partie en masse de Sn, 1 à 2 parties en masse de Cd), qui présente un point de fusion de 70 C. De préférence on utilise un alliage de bismuth sans plomb avec Bi, Sn et In en tant que constituants principaux de l'alliage. Le procédé mis en oeuvre dans l'installation décrite se déroule de la façon suivante. Une pièce 1 à usiner présentant une partie la arrière qui ne doit pas être usinée, est placée dans l'alliage métallique 4 en fusion. La chambre de réception 3 du porte-pièce 2 est refroidie, jusqu'à ce que le métal en fusion se solidifie en un bloc (-3 maintenant la pièce 1. Le porte-pièce 2 avec la pièce 1 coulée dans le bloc est ensuite acheminée vers une machine- outil 14, o il est serré et la pièce 1 usinée. Après usinage de la pièce 1, le porte-pièce 2 est envoyé avec la pièce 1 usinée au poste de préchauffage 16 et ensuite au poste de chauffage 8. Le bloc y est fondu par apport de chaleur et la pièce 1 usinée est prélevée. Le porte-pièce 2 est enfin renvoyé au poste de refroidissement 5 et y est chargé avec une nouvelle pièce 1. La fig. 1 montre aussi qu'une pluralité de porte- pièces 2 sont en circulation et que les porte-pièces 2 sont acheminés simultanément vers les différents postes en particulier vers le poste de refroidissement 5 et le poste de chauffage 8. La réalisation des porte-pièces 2 ressort en particulier des fig. 2 et 3. Les porte-pièces 2 sont constitués d'un moyeu 25 avec un dispositif de centrage 26, par exemple sous la forme d'un perçage de centrage, ainsi que d'une chambre annulaire 3 en matériau conduisant la chaleur par exemple en aluminium, raccordée périphériquement au moyeu 25. Sur le pourtour de la chambre annulaire 3 est prévu un anneau d'acier 27, qui accroît la stabilité de forme du porte-pièce 2 et empêche que la chambre annulaire 3 soit élargie sous la pression du métal en fusion se solidifiant. Sur la chambre de réception 3 du porte-pièce 2 sont formées en outre des lamelles de transmission de chaleur 28, dirigées vers le côté intérieur de la chambre pour améliorer le transfert de chaleur. La construction du poste de chauffage 8 ressort de la fig. 2. Le dispositif de chauffage 9 comporte une plaque chauffante 29 annulaire, chauffée électriquement, sur laquelle peut être placée la chambre annulaire 3, présentant un fond plan. Le moyeu 25 du porte- pièce 2, reposant sur la plaque chauffante 29, s'engage dans l'ouverture 30 de la plaque chauffante 29 annulaire. Le refroidissement du porte-pièce 2 s'effectue à l'eau. Le poste de refroidissement 5, représenté sur la fig. 3, comporte un bassin à eau de refroidissement 31 annulaire avec une arrivée d'eau de refroidissement 32 inférieure et un trop-plein d'eau de refroidissement 33. Les porte-pièces 2 peuvent être déposés sur la face supérieure du bassin à eau de refroidissement 31, la chambre de réception 3 s'immergeant dans le bassin à eau de refroidissement 31. Le poste de refroidissement complémentaire 20 est construit comme le poste de refroidissement 5. REVENDICATIONS 1. Procédé de serrage de pièces à paroi mince dans une J machine-outil, caractérisé par l'utilisation de porte- pièces (2) avec une chambre de réception (3), qui contient un alliage métallique (4) en fusion à une température comprise entre 45 C et 140 C et se solidifiant au refroidissement avec augmentation de volume, une pièce à usiner, présentant une partie arrière ne devant pas être usinée, étant placée dans l'alliage métallique en fusion et la chambre de réception de pièce étant refroidie, jusqu'à ce que le métal en fusion se solidifie en un bloc maintenant la pièce, le porte-pièce étant serré avec la pièce coulée dans le bloc, dans une machine-outil et la pièce étant usinée, le porte-pièce étant acheminé avec la pièce à usiner vers un dispositif de chauffage (9), le bloc étant fondu par apport de chaleur et la pièce usinée étant prélevée et le porte- pièce étant ensuite à nouveau acheminé vers un dispositif de refroidissement (6) et y étant chargé avec une nouvelle pièce. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un alliage de bismuth comme alliage métallique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise un alliage de bismuth sans plomb contenant comme constituants principaux de l'alliage les constituants Bi, Sn et In. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chambre de réception est 1 2 recouverte par une feuille flexible qui s'applique contre la pièce à immerger dans le métal en fusion et qui empêche un contact entre la pièce et le métal en fusion. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une pluralité de porte-pièces sont en circulation et les porte-pièces sont acheminés simultanément vers le dispositif de refroidissement et le dispositif de chauffage. 6. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par une pluralité de porte-pièces (2) avec une chambre de réception (3), qui contient un alliage métallique (4) en fusion et se solidifiant au refroidissement, avec augmentation de volume, un poste de refroidissement (5)avec un dispositif de refroidissement(6) et avec un dispositif pour une amenée de pièces (7), un poste de chauffage avec dispositif de chauffage (9) pour la fusion de l'alliage métallique (4) et avec un dispositif pour prélèvement de pièce (10), un dispositif de transport (12) équipé de pinces (11), qui saisit les porte-pièces (2) et les achemine simultanément vers le poste de refroidissement (5) et vers le poste de chauffage (8), un dispositif de prélèvement de porte-pièce (13), qui saisit les porte-pièces (2) avec la pièce (1) coulée à l'intérieur et les achemine vers une machine-outil (14), un dispositif de chargement de pièce (15), qui achemine les porte-pièces (2) provenant de la machine-outil (14) avec la pièce (1) usinée vers le poste de chauffage (8) ou vers un poste (16) situé en amont du poste de chauffage (8), le dispositif pour l'amenée des pièces (7) comportant un bras de robot (17) qui positionne la pièce (1) dans la chambre de 1 3 réception (3) et la maintient jusqu'à solidification du métal en fusion, et le dispositif de prélèvement de pièce (10) comportant également un bras de robot (18), qui saisit la pièce (1) avant la fusion de l'alliage métallique (4). El 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le porte-pièce (2) est constitué d'un moyeu (25) avec un dispositif de centrage (26), de préférence sous la forme d'une perçage de centrage, ainsi que d'une chambre annulaire (3) en matériau conducteur de la chaleur, raccordée périphériquement au moyeu (25). 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'un anneau d'acier (27) indéformable est disposé sur le pourtour de la chambre annulaire (3). 9.Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que sur les chambres de réception (3) des porte-pièces (2) sont formées des lamelles de transmission de chaleur (28) dirigées vers le côté intérieur des chambres. 10.Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage(9) comporte une plaque chauffante annulaire, chauffée électriquement, sur laquelle peut être placé la chambre annulaire (3), présentant un fond plan, le moyeu (25) s'engageant dans l'ouverture (30) de la plaque chauffante (29) annulaire. 11.Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que le poste de refroidissement (5) comporte un bassin à eau de refroidissement (31) annulaire avec une arrivée d'eau de refroidissement (32) inférieure et un trop-plein d'eau de refroidissement (33), les porte-pièces (2) pouvant être posés sur la face supérieure du bassin a eau de refroidissement (31) et la chambre de réception (3) s'immergeant dans le bassin à eau de refroidissement (31). 12.Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisée par un poste de préchauffage (16), situé en amont du poste de chauffage (8), avec un dispositif de chauffage (19) et par un poste de refroidissement complémentaire (20), situé en aval du poste de refroidissement (5) avec dispositif de refroidissement (21), le poste de préchauffage (16), le poste de chauffage (8) le poste de refroidissement (5) et le poste de refroidissement complémentaire (20) étant disposés en cercle et le dispositif de transport (12) comportant une console centrale (22) disposée au centre du cercle avec dispositif d'entraînement en rotation et bras de retor (23) raccordés radialement à la console centrale (2), avec des pinces (11) destinées à saisir les porte- pièces (2).