Brevet FR2789614A1 — publié le 20000818

Dispositif d'usinage électrochimique spécialement adapté à des pièces présentant un axe de symétrie de révolution. La présente invention se rapporte au domaine technique de l'usinage électrochimique. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif adapté pour usiner par électrochimie des pièces présentant une symétrie de révolution. L'usinage électrochimique est un procédé bien connu pour la finition, ou l'enfonçage, de pièces conductrices. Une pièce métallique, l'anode, habituellement fixe, est connectée à la borne positive d'un générateur. Une électrode, la cathode, est reliée à la borne négative du générateur. L'électrode est placée en regard de la surface à usiner de la pièce. Les deux éléments sont séparés par un entrefer qui est rempli par un électrolyte. Un courant électrique passe de l'anode à la cathode, par l'intermédiaire de l'électrolyte, dissolvant en même temps la couche superficielle de l'anode. Généralement, l'électrode se déplace sur la pièce à usiner selon une cinématique dépendant de l'usinage que l'on souhaite réaliser. La publication W08808890 décrit un tel dispositif d'usinage par électrochimie dans lequel l'électrode bouge continûment par rapport à la surface de la pièce lorsqu'un courant les traverse. Quelquefois le socle supportant la pièce à usiner, ainsi que l'électrode, peuvent se mouvoir selon des directions privilégiées. Par la publication EP0266180, on connaît un dispositif d'usinage par électrochimie dans lequel la pièce à usiner est fixée sur un socle, qui peut se déplacer dans un plan horizontal. L'électrode peut, elle, se mouvoir selon une verticale à ce plan. De tels dispositifs conviennent aux pièces à formes tridimensionnelles complexes mais ne sont pas adaptées à une pièce -2- présentant une symétrie de révolution, puisqu'ils ne peuvent pas prendre en compte une telle symétrie, et traitent une telle pièce comme une forme tridimensionnelle quelconque. La présente invention vise à supprimer cet inconvénient. Elle propose un dispositif d'usinage électrochimique spécialement adapté aux pièces présentant une symétrie de révolution. Dans ce but, elle propose un dispositif d'usinage électrochimique d'une pièce, comportant un mandrin entraînant en rotation la pièce à usiner. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'électrode, pendant l'usinage par électrochimie, est fixe par rapport à l'axe de rotation du mandrin. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens pour amener l'électrode en regard de la pièce à usiner, comporte un étrier, supportant ladite électrode, monté sur un bras, pouvant pivoter autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe de rotation du mandrin. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte deux électrodes venant en regard de deux zones distinctes de la pièce. Selon une autre caractéristique de l'invention, la pièce à usiner comporte deux faces, comportant chacune au moins une zone sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation du mandrin, une électrode étant placée en regard desdites zones. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure I représente le dispositif selon l'invention, vue de dessus, la figure 2 représente la vue en coupe, selon AA, du dispositif selon l' invention, 3 - - la figure 3 représente une partie de la vue en coupe, selon EE, du dispositif selon l'invention. Une pièce 2 est mise en place sur le dispositif 1, représenté sur la figure 1, pour subir un usinage par électrochimie. Sur les figures I et 3, la pièce 2 est représentée en pointillé. Cette pièce 2 comporte un alésage central dont l'axe est un axe de symétrie de révolution de la pièce 2. Elle comporte, de préférence, une face supérieure et inférieure, les zones à usiner par électrochimie étant situées sur lesdites faces. Elle doit être constituée d'un matériau conducteur pour obtenir des résultats acceptables lors de l'usinage électrochimique. A titre d'exemple, la pièce 2 peut être un disque de frein, constitué d'une fonte relativement conductrice. L'usinage électrochimique est ici utilisé pour la finition de certaines surfaces du disque de frein. Deux électrodes 4a, 4b, sont portées par un étrier 3, pouvant être manoeuvré par un bras 12. Ce bras peut pivoter autour d'un axe 8 entre deux positions extrêmes, l'une, dite position ouverte (non représentée), qui libère un accès à la pièce 2, l'autre, dite position fermée (position représentée sur les trois figures) qui correspond à une phase d'usinage électrochimique, et o une partie de la pièce 2 est prise entre les deux branches de l'étrier -3 portant les deux électrodes 4a et 4b. Le pivotement est réalisé au moyen d'un actionneur, tel qu'un vérin hydraulique par exemple, non représenté. Dans la position fermée, la pièce 2 à usiner étant en place, les deux électrodes sont respectivement séparées des zones de la pièce correspondantes par des entrefers 13a et 13b, représentés sur la figure 2. Ces entrefers peuvent être de valeurs différentes. Typiquement, ils sont de quelques dizaines de millimètres. Un mandrin 5 supporte la pièce 2. Il comporte des moyens de centrage et de bridage de la pièce 2. Il est monté sur un palier 10 et peut -4- tourner autour d'un axe D, confondu avec l'axe de symétrie de révolution de la pièce une fois celle-ci positionnée sur le mandrin 5. Les entrefers 13a et 13b sont remplis par un électrolyte, apporté par un système 6 d'apport d'électrolyte. Sur la figure 3, seule la partie supérieure de ce système 6 est représentée. Ce système 6 comporte une pompe (non représentée) pouvant, par l'intermédiaire de buses 1 la et 1 lb, injecter de l'électrolyte, dans les entrefers 13a et 13b. Sur la figure 3, les dimensions relatives entre l'entrefer 13a, l'électrode 4a et la buse I la, n'ont pas été respectées pour des raisons de clarté. En particulier, l'entrefer 4a est I0 représenté plus grand qu'il n'est en réalité. La largeur des buses 1 la, 1 lb est au moins égale à la largeur de la zone à usiner de la pièce 2. Les buses sont placées le plus près possible des entrefers 13a et 13b. Le sens de l'émission de l'électrolyte est le même que celui de la rotation de la pièce 2. Le dispositif comporte un container 7 pour retenir l'électrolyte, ainsi que des moyens d'évacuation 9 dudit électrolyte, qui renvoient l'électrolyte à un système de recyclage (non représenté). L'axe 8 et le mandrin 5 sont reliés aux bornes d'un générateur, non représenté. L'axe 8 est reliée à la borne négative du générateur, le mandrin 5 à la borne positive. L'usinage électrochimique d'une pièce 2 est réalisé de la façon suivante: le bras 12 supportant l'étrier 3 est mis en position ouverte afin qu'une pièce 2 puisse être placée sur le mandrin 5, de façon manuelle ou automatique. Cette pièce 2 est ensuite bridée sur le mandrin 5. Enfin, celui- ci est mis en rotation. Lors de la phase d'usinage proprement dite, la vitesse de rotation du mandrin 5 reste, de préférence, sensiblement constante et n'excède pas les 100 tours/min. Le bras 12, par le biais de l'actionneur, amène l'étrier 3 en position fermée, représentée sur les trois figures. Une fois le bras en position fermée, -5 - les électrodes 4a, 4b, pendant toute la phase d'usinage, restent fixes par rapport à l'axe de rotation D. Le système 6 d'apport d'électrolyte alimentent en électrolyte les entrefers 13a et 13b. Le circuit électrique est fermé, le courant électrique passant de la pièce 2 aux électrodes 4a et 4b entraîne la dissolution d'une partie de la surface extérieure de la pièce au niveau desdites électrodes. De préférence, la tension aux bornes du générateur reste sensiblement constante et est de l'ordre d'une à quelques dizaines de volts. Lorsque la pièce a été usinée de la façon souhaitée, le circuit o électrique est ouvert. Le bras 12 pivote vers la position ouverte pour permettre la libération de la pièce 2. Le système 6 d'alimentation en électrolyte est arrêté. La pièce 2 peut être libérée du mandrin 5 et retirée du dispositif 1. Le volume de métal enlevé est fonction de différents paramètres tels que la densité de courant utilisée, le type et la concentration de l'électrolyte, les matériaux à usiner, et le temps d'exposition de la pièce 2 face aux électrodes 4a ou 4b. L'électrolyte utilisé peut être, par exemple, du nitrate de sodium, NaNo3, dont les concentrations peuvent aller de 80g/1 à 200g/l environ. Pendant l'électrochimie, la couche superficielle de la pièce 2, l'anode, est dissoute dans l'électrolyte sous forme d'hydroxydes. La pression d'apport d'électrolyte permet de chasser les particules dissoutes dans le container 7. Il n'est toutefois pas nécessaire d'effectuer un apport permanent d'électrolyte puisque celui-ci peut remplir son rôle de conducteur, dans des conditions acceptables, avec des concentrations élevées d'hydroxydes (jusqu'à 80%). C'est pourquoi l'apport d'électrolyte peut s'exercer de manière continue, ou bien périodiques. -6- Sur les différentes figures 1, 2 et 3, les surfaces à usiner sont contenues dans des plans sensiblement perpendiculaires à l'axe de rotation D. C'est pourquoi les surfaces des électrodes 4a, 4b en regard sont-elles aussi contenues dans des plans sensiblement perpendiculaires à cet axe. Toutefois, les surfaces à usiner peuvent être contenues dans des plans inclinés par rapport à l'axe D, voire ne pas être planes. Dans ce cas, les surfaces électrodes 4a, et 4b correspondantes s'adapteront aux courbures des surfaces à usiner. Dans le mode de réalisation de l'invention décrit, les électrodes 4a et 4b ne peuvent subir qu'un mouvement de rotation dans un plan perpendiculaire à l'axe D du mandrin 5. Elles ne peuvent pas se déplacer selon une direction parallèle à cet axe D. Ce mode réalisation est donc préférentiellement choisi lorsqu'il n'y a qu'un unique type de pièce 2 à usiner. En effet, dans ce cas, les entrefers 13a, 13b, ont une valeur, en début d'usinage, constante fixée par la géométrie de la pièce 2. La durée de l'usinage est donc à déterminer en fonction de l'importance de l'usinage désiré, et cette durée sera identique pour toutes les pièces 2, les autres paramètres (tension du générateur, concentration de l'électrolyte...) étant constants par ailleurs. Dans un second mode de réalisation, l'étrier 3 qui porte les électrodes 4a, 4b, comporte un mécanisme pour écarter, ou rapprocher, les électrodes 4a, 4b, l'une de l'autre. Ce mécanisme peut consister en une simple vis sans fin traversant les parties distinctes de l'étrier 3 supportant les électrodes 4a, 4b. L'écart entre les électrodes 4a, 4b, est mis à une valeur maximale pour la mise en place de la pièce 2, et lorsque le bras 12 est en position fermée, l'étrier 3 se resserre comme un étau sur la pièce 2 jusqu'à ce que les entrefers 13a, 13b, atteignent les valeurs souhaitées. Les modes de réalisation décrits prennent en compte deux électrodes 4a, 4b. Toutefois, suivant les surfaces à usiner, il est tout à fait possible de - 7- concevoir un étrier 3 ne comportant qu'une seule électrode (4a ou 4b par exemple), ou dans lequel une électrode 4a est divisée en plusieurs électrodes, séparées par des parties non conductrices, chaque électrode participant à l'usinage d'une zone particulière. Enfin, le présent dispositif peut être utilisé même si la pièce 2 ne présente pas entièrement une symétrie de révolution autour d'un axe central. D'une manière générale, il suffit que les zones à usiner présentent, elles, une symétrie de révolution, pour que le présent dispositif 1 puisse être utilisé même si les extrémités de la pièce 2 ne présentent pas une telle symétrie. En conclusion, l'invention décrit un dispositif d'usinage par électrochimie simple d'emploi, avantageusement adaptée pour une utilisation sur des pièces, présentant une symétrie de révolution, et produites en serie. -8- REVENDICATIONS I.Dispositif d'usinage électrochimique d'une pièce (2), comportant au moins une électrode (4a), des moyens pour amener l'électrode en regard de la pièce (12,3,8), des moyens (6,11a) pour amener un électrolyte entre l'électrode (4a) et la pièce (2), et des moyens, reliés à l'électrode (4a) et à la pièce (2), pour générer un courant électrique entre la pièce et l'électrode (4a) à travers l'électrolyte pour retirer chimiquement une partie de la matière de la pièce, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (5) pour entraîner en rotation, selon un axe D, la pièce (2) à usiner. 2.Dispositif d'usinage électrochimique d'une pièce (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode (4a), pendant l'usinage par électrochimie, est fixe par rapport à l'axe de rotation D. 3.Dispositif d'usinage électrochimique d'une pièce (2)) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (12,3,8) pour amener l'électrode (4a) en regard de la pièce (2), comporte un étrier (3), supportant ladite électrode (4), monté sur un bras (12), pouvant pivoter autour d'un axe (8) sensiblement parallèle à l'axe de rotation D. 4. Dispositif d'usinage électrochimique d'une pièce (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit bras (12) est actionné par un vérin. 5.Dispositif d'usinage électrochimique d'une pièce (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens (5) d'entraînement en rotation de la pièce comportent un mandrin. 6.Dispositif d'usinage électrochimique d'une pièce (2) selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que les moyens (6,11 la) pour amener un électrolyte, entre l'électrode (4a) et la pièce (2), comportent au moins une buse (1 la) située à proximité de l'électrode (4a). -9- 7.Dispositif d'usinage électrochimique d'une pièce (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte deux électrodes (4a, 4b). 8.Dispositif d'usinage électrochimique d'une pièce (2) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pièce (2) comporte deux faces, reliées par un contour cylindrique, chaque face comportant au moins une surface à usiner, et en ce que, pendant l'usinage, sur chaque surface à usiner est placée en regard une électrode.