Brevet FR2804628A1 — publié le 20010810

TQD 01/02/01 1 Procédé pour la détermination de conditions abrasives optimales Historique de l'invention La présente invention concerne des outils abrasifs tels que meules abrasives et bandes et disques abrasifs revêtus. Lorsqu'un nouvel outil abrasif est mis au point, il représente une série complète de choix d'alternatives. Par exemple, une nouvelle bande abrasive implique la io sélection d'un support, d'un traitement du support utilisé, de la nature des particules abrasives, de la dimension des particules abrasives, du liant, de la matière de remplissage, d'autres additifs, de traitements de surface, etc... Par conséquent, cette bande ne se comportera pas exactement au même niveau de performance dans des conditions identiques que les bandes faites précédemment. Si l'on ajoute à cela la variation des différentes conceptions de machines d'abrasion avec lesquelles la bande pourrait être utilisée, les agents refroidisseurs qui peuvent être utilisés, les vitesses de bande et pièce etc..., le problème de l'utilisation optimale de la bande devient insurmontable. En pratique, on laisse souvent à l'opérateur le soin de trouver lui-même empiriquement les meilleures conditions. Cependant plus fréquemment, les réglages des machines sont déterminés par un long usage avec des bandes précédentes et la nouvelle bande est utilisée dans les mêmes conditions sans chercher à savoir si ce sont les conditions optimales pour la nouvelle bande sur cette machine. Le résultat des utilisations précédentes conduit souvent à un fonctionnement inefficace et parfois au rejet de nouveaux produits vraiment utiles car ils sont incapables d'atteindre les niveaux précédemment acceptés dans l'ensemble des conditions utilisées traditionnellement. TQD 01/02/01 2 Par conséquent, il existe un besoin pour un procédé pour générer des informations faciles à comprendre qui soient utiles pour déterminer comment un outil abrasif pourrait être utilisé avec un effet optimal. La présente invention prévoit un tel procédé et génère un moyen unique pour s transférer les informations à un opérateur qui utilise l'outil. Description générale de l'invention La présente invention prévoit un procédé pour identifier les conditions abrasives optimales pour l'utilisation d'un outil abrasif spécifique io qui comprend: a) I'utilisation d'une machine d'abrasion dans laquelle est incorporé un outil abrasif spécifique sur un substrat spécifique dans un premier ensemble de conditions du procédé; b) la mesure des performances abrasives de l'outil abrasif dans ce premier ensemble de conditions du procédé, c) la répétition des étapes a) et b) pour plusieurs autres ensembles de valeurs différentes des mêmes conditions du procédé; et d) I'utilisation des données de performances abrasives pour générer une carte topographique identifiant les combinaisons de conditions dans lesquelles les résultats optimaux de performances abrasives ont été obtenus. La clé du procédé ci-dessus est la carte topographique générée à partir des données. Tel qu'utilisé ici, le terme "topographique" doit être compris comme déterminant une carte sur laquelle des ensembles de conditions qui donneraient des performances identiques sont reliés par des lignes de la même façon que les lignes de tracé sur une carte relient des points à égale altitude au-dessus du niveau de la mer. De telles cartes topographiques peuvent être générées par manipulation statistique assistée par ordinateur de points de données obtenus de façon standard dans une évaluation initiale d'un nouvel outil sur une machine donnée TQD 01/02/01 3 fonctionnant sur un substrat donné. Par la suite, la carte est applicable pour la même combinaison de machine, outil et substrat, quel que soit l'endroit o l'abrasion ait lieu. Par conséquent, il devient possible de guider un nouvel utilisateur d'outil pour identifier exactement les conditions dans lesquelles les meilleurs résultats seront obtenus. La carte topographique peut être générée en trois dimensions réelles ou simulées, (avec ou sans code couleur comme pour les cartes géographiques traditionnelles), mais d'une façon générale il est plus utile d'avoir la carte en deux dimensions avec des couleurs différentes indiquant les niveaux de performance différents. Par exemple, une couleur rouge pourrait être utilisée pour indiquer la zone dans laquelle les performances abrasives optimales pourraient être obtenues, le bleu indiquant les conditions dans lesquelles les performances les pires pourraient être attendues. Des niveaux intermédiaires peuvent être indiqués en faisant varier les teintes du rouge, à l'orange et au jaune et vert, jusqu'au bleu. Les points de données utilisés pour produire la carte peuvent être générés sur la machine spécifique en liaison avec laquelle les informations doivent être utilisées, ou en variante ils peuvent être générés sur une machine identique à distance, selon le temps d'immobilisation machine disponible pour réaliser la génération préliminaire des données. L"'outil" utilisé pour générer les données, tel que le terme est utilisé ici, peut être par exemple une meule, comme une meule à liant métallique, organique, vitrifié, ou en caoutchouc ou une meule abrasive composite sur laquelle les particules abrasives sont liées aux fibres d'un substrat fibreux enchevêtré; un segment abrasif lié ou une pointe montée; un tampon ou bloc abrasif composite; ou un abrasif revêtu tel que bande, disque ou feuille. D'autres options pourraient également être imaginées pour utilisation avec la présente invention. De même la "machine" avec laquelle I'outil est utilisé peut être tout dispositif commercial pour mettre en contact TQD 01/02/01 4 un outil abrasif avec un substrat, qui peut lui-même être tout substrat traité traditionnellement avec un outil abrasif pour enlever de la matière ou améliorer l'état de surface d'un substrat tel qu'une surface métallique, en bois, céramique ou peinte. Outre l'identification des conditions d'utilisation optimales, la procédure peut être utilisée pour choisir entre des options de conception d'outil. Ainsi, lorsque, par exemple, il existe deux modèles de bande à utiliser pour une opération abrasive particulière, la production d'une carte de performance permet à l'utilisateur de déterminer quelle serait la plus io rentable parmi les conditions d'utilisation préférées employées. Cela peut se faire par exemple en mesurant les paramètres critiques de performance pour les deux bandes dans la même plage de conditions du procédé, et en traçant, au lieu du paramètre lui-même, le rapport des paramètres de performances critiques pour les deux bandes dans les mêmes ensembles de conditions du procédé. En pratique, cela se fait plutôt en produisant une équation représentant la variation des conditions du procédé et la valeur du paramètre critique mesuré pour chaque bande, et en utilisant ensuite ces équations pour prévoir le paramètre critique du procédé pour chaque bande à un ensemble de combinaisons de conditions du procédé et le rapport du paramètre critique obtenu pour chaque bande à chaque ensemble de conditions du procédé. Ceci ajuste statistiquement chaque mesure pour fournir un niveau de confiance plus élevée dans la valeur utilisée et par conséquent dans le rapport entre les deux. C'est ce rapport statistiquement plus fiable qui est tracé de préférence pour donner la carte produit comparative. Une telle carte doit indiquer clairement le degré d'amélioration (s'il y a lieu) de l'un par rapport à l'autre dans une vaste plage de conditions du procédé. La sélection du modèle approprié peut par la suite reposer sur des données solides plutôt que sur des perceptions basées sur des données incomplètes. TQD 01/02/01 5 Lorsque l'outil est une bande abrasive sur revêtue, utilisée sur une machine traditionnelle pour traiter un substrat métallique, la conception de la machine prédéterminera souvent les conditions telles que la surface de contact et les dimensions de bande. D'autres conditions comme la pression de contact entre la bande et le substrat, la durée de contact et les intervalles entre les contacts, le lubrifiant/agent refroidisseur utilisé etc... peuvent cependant être modifiées. La mesure de qualité des performances abrasives pourrait être la vitesse d'enlèvement de métal, le nombre de pièces traitées avant que la bande doive être remplacée ou io l'état de surface du substrat. Dans ces conditions, il est nécessaire d'identifier les deux variables les plus importantes et de maintenir constantes toutes les autres variables durant toutes les opérations de collecte des données qui se concentrent sur la mesure du paramètre qui est le plus indicatif de "qualité" pour l'utilisateur. Ainsi, dans une situation concrète, les variables clés enregistrées pourraient être la pression et la durée de contact et la variable "qualité" pourrait être le nombre de pièces qui pourraient être finies à la qualité souhaitée pendant une période donnée. Un tableau topographique produit sur la base des données collectées informerait immédiatement l'opérateur sur la meilleure façon d'utiliser la nouvelle bande sur sa machine en choisissant la pression et la durée de contact indiquées par le tableau comme offrant le nombre optimal de pièces produites en une unité de temps. Un autre exemple de l'utilisation du procédé de la présente invention concerne le choix d'un abrasif revêtu approprié avec une surface étudiée techniquement. Il s'agit d'abrasifs revêtus pour lesquels la surface abrasive présente l'aspect de formes répétées comprenant des particules abrasives dispersées dans un liant traité disposé sur un matériau support. Cela dépend beaucoup des contours des formes répétées qui présentent fréquemment la forme de structures qui diminuent en largeur avec la distance du plan du support. Les formes peuvent prendre l'aspect d'arêtes TQD 01/02/01 6 parallèles, de pyramides à bases carrées ou triangulaires, ou de formes assez arrondies. Les abrasifs revêtus de ce type sont décrits par exemple dans les brevets US 5,014,468; 5,152,917; 5,454,844; 5,489,235; ,672,097; 5,681,217; 5,833,724; 5,840,088 et 5,863,306. Dans ces variations, il est possible de faire varier la dimension, l'écartement, la fréquence de répétition etc... des structures, ainsi que les matériaux utilisés pour former les structures. La production de cartes de performances des diverses variantes aide à décider de la meilleure conception à utiliser sur des machines o la conception de la machine ou des conditions d'utilisation établies restreignent effectivement les possibilités de variation des conditions d'utilisation. D'une certaine façon, la carte des performances permet alors la sélection de la conception optimale de la bande parmi d'autres options disponibles pour l'application spécifique. C'est une façon très efficace de garantir que le client bénéficie d'une valeur optimale et démontrable de son achat de bande. Comme on peut bien s'en rendre compte, le procédé décrit ici est un apport très appréciable au processus de vente, puisqu'un vendeur peut démontrer exactement à un utilisateur potentiel de quelle façon l'outil qu'il propose peut améliorer sa productivité et même pourquoi son outil peut être mieux adapté à une opération spécifique qu'un outil concurrent qu'il utilise actuellement. Description des dessins La Figure 1 est une série de graphiques linéaires relatifs à l'Exemple 1 et les Figures 2 et 3 sont des cartes de performances des produits fabriqués comme décrit à l'Exemple 1. Description des modes de réalisation préférés L'invention va maintenant être décrite en se référant particulièrement aux exemples spécifiques d'utilisation du procédé de TQD 01/02/01 7 l'invention pour conseiller sur le choix des conditions abrasives. Ceuxci doivent être considérés simplement comme des exemples illustrant la façon dont le procédé de l'invention et les cartes de propriétés générées pourraient ainsi être utilisées pour conseiller un acheteur de produits abrasifs et non pas comme indiquant que des applications étroitement similaires sont les seules auxquelles le procédé de l'invention pourrait être adapté. Les cartes de performances elles-mêmes peuvent être produites à partir des points de données collectées en utilisant l'un quelconque des io dispositifs de traitement statistique tels que EXCELM de Microsoft Corporation ou STATISTICA"m (version 6.0) de Stat-Soft Corporation. Elles peuvent également prendre un certain nombre de formes à condition qu'elles indiquent convenablement la variation de niveau de performances (ou comparaison) à diverses conditions du procédé d'exploitation de telle sorte que les conditions optimales (ou option) puissent être identifiées. Exemple 1 Dans cet exemple, une carte de performances a été mise au point pour une bande abrasive revêtue A, utilisée sur un échantillon métallique en acier inoxydable. 304. Le test réalisé a utilisé comme éprouvette une bague en acier inoxydable. 304 de diamètre extérieur de 12,7cm (cinq pouces) et d'une épaisseur de 1,27cm (un demi pouce). La pièce était en contact avec la bande en cours d'évaluation à une pression constante pendant chaque série en utilisant une meule de contact caoutchouc Duromètre 40 et la pièce tournait à 12 tr/mn lors de l'abrasion. La vitesse de la bande a été contrôlée à une valeur fixe (vitesse périphérique en centimètres/mn (pieds/mn) = sfpm) pendant chaque opération d'abrasion refroidie à l'air. Avant chaque série, la pièce a été pesée et l'abrasion a été poursuivie pendant 2 minutes après quoi la pièce a été pesée à nouveau; TQD 01/02/01 8 8 fois à des pressions intermédiaires pendant un total de 16 minutes; et fois aux pressions les plus élevées pendant un total de 30 minutes). Les valeurs ont été extrapolées (si besoin était) pour donner le métal enlevé après 30 minutes. A la première phase, les données ont été collectées avec un fonctionnement de la bande à des vitesses périphériques de 10,16; 25,40 et 38,10 m/s (2000, 5000 et 7500 pieds/mn) et à une pression constante de 23,44.103Pa (3,4 psi). Le métal enlevé a été mesuré à intervalles de deux minutes ainsi que la température atteinte par la pièce. Ceci a été io répété six fois pendant un total de 12 minutes. La même séquence d'évaluations a été réalisée à des pressions appliquées de 68,95.103Pa (10 psi) et ensuite à 137,89.103 Pa (20 psi). Le résultat a été une série de graphiques illustrés à la Figure 1. Ceci montre le métal enlevé, mais on aurait également pu tracer la température atteinte ou tout autre paramètre significatif. Ces graphiques ont été extrapolés, si besoin était, pour déterminer le métal enlevé après 30 minutes d'abrasion et les valeurs d'enlèvement de métal pendant 30 minutes ainsi collectées ont été utilisées pour générer une carte de tracé avec vitesse de bande et pression appliquée tracées suivant les axes et en utilisant des couleurs différentes pour représenter des niveaux différents d'enlèvement de métal. La carte a été produite en utilisant un logiciel de Stat Soft Corporation disponible sous le nom commercial de "Statistica 6.0". La carte obtenue est présentée à la Figure 2 qui montre que, avec la Bande A, les meilleures performances sont obtenues à des pressions plus élevées et à des vitesses de bande plus élevées. Cette carte permet à l'utilisateur de choisir les conditions abrasives optimales avec cette bande particulière. Lorsqu'il est nécessaire de déterminer laquelle de deux bandes A et B de conceptions différentes donne les meilleures performances, il est possible d'étendre la procédure décrite ci-dessus en développant les mêmes données brutes que celles obtenues ci-dessus et en développant TQD 01/02/01 9 ensuite des équations pour les relations entre métal enlevé en fonction de la vitesse de bande et temps d'abrasion pour chaque bande. Ces équations ont ensuite été utilisées pour prévoir le métal enlevé à un certain nombre de combinaisons de conditions pour les deux bandes, et s les rapports de métal enlevé par la Bande A et par la Bande B à chacune des mêmes combinaisons de conditions du procédé ont été déterminés sur la base de ces valeurs. Ces rapports ont ensuite été représentés exactement comme l'ont été les vitesses d'enlèvement de métal à la Figure 2. Le résultat est la carte comparative des performances illustrée à io la Figure 3 qui indique clairement que la bande A est toujours meilleure que la B, mais que le degré de supériorité est plus grand aux faibles vitesses de bande et aux basses pressions. TQD 01/02/01 10 REVENDICATIONS 1. Procédé pour identifier les conditions abrasives optimales pour s l'utilisation d'un outil abrasif spécifique qui comprend: a) I'utilisation d'une machine d'abrasion dans laquelle est incorporé un outil abrasif spécifique sur un substrat spécifique dans un premier ensemble de deux variables du procédé; b) la mesure des performances abrasives de l'outil abrasif dans ce premier ensemble de deux variables du procédé, c) la répétition des étapes a) et b) pour plusieurs autres ensembles différents de ces deux variables du procédé; et d) I'utilisation des données de performances abrasives pour générer une carte topographique identifiant les combinaisons de ces variables du procédé selon lesquelles les résultats optimaux de performances abrasives ont été obtenus. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'outil abrasif est une bande abrasive sur support. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bande abrasive revêtue a une surface étudiée techniquement. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les variables du procédé mesurées sont choisies à partir du groupe formé par la pression de contact entre la bande et un substrat, la longueur de ce contact abrasif, et la longueur des intervalles entre le contact abrasif entre la bande et un substrat. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les performances abrasives sont déterminées en mesurant un TQD 01/02/01 11 paramètre choisi à partir du groupe formé par l'état de surface du substrat après abrasion, le nombre de pièces finies à une norme prédéterminée dans une période de temps spécifiée et le degré d'enlèvement du substrat. 6. Procédé pour déterminer les performances comparatives de deux outils abrasifs qui comprend: a) I'utilisation d'une machine d'abrasion dans laquelle est incorporé un premier outil abrasif sur un substrat spécifique dans un premier ensemble de variables du procédé; b) la mesure des performances abrasives de l'outil abrasif dans ce premier ensemble de variables du procédé, c) la répétition des étapes a) et b) pour plusieurs autres ensembles de valeurs différentes des mêmes variables du procédé; et d) la répétition des étapes a) à c) avec un second outil et la génération d'un rapport de performances abrasives pour les premier et second outils abrasifs à chacun des ensembles des variables du procédé sélectionnées; et e) la génération d'une carte comparative des performances représentant les rapports des performances des premier et second outils abrasifs dans une plage de conditions. 7. Indicateur de performances produit caractérisé en ce qu'une plage de niveaux de performances est visuellement affichée sous la forme d'une carte topographique obtenue par: a) I'utilisation d'une machine d'abrasion dans laquelle est incorporé un outil abrasif spécifique sur un substrat spécifique dans un premier ensemble de variables du procédé; TQD 01/02/01 12 b) la mesure des performances abrasives de l'outil abrasif dans ce premier ensemble de variables du procédé; c) la répétition des étapes a) et b) pour plusieurs autres ensembles de valeurs différentes des mêmes variables du procédé; et d) la génération informatique à partir des données de performances cumulées d'un indicateur de performances produit sous la forme d'une carte topographique identifiant les combinaisons des variables du procédé dans lesquelles les résultats optimaux de performances abrasives ont été obtenus. 8. Indicateur de performances produit caractérisé en ce qu'une plage de niveaux de performances est visuellement affichée sous la forme d'une carte topographique obtenue par: a) I'utilisation d'une machine d'abrasion dans laquelle est incorporé un premier outil abrasif sur un substrat spécifique dans un premier ensemble de variables du procédé; b) la mesure des performances abrasives de l'outil abrasif dans ce premier ensemble de variables du procédé, c) la répétition des étapes a) et b) pour plusieurs autres ensembles différents de variables du procédé; et d) la répétition des étapes a) à c) avec un second outil et la génération d'un rapport de performances abrasives pour les premier et second outils abrasifs à chacun des ensembles différents de variables du procédé et; e) la génération d'une carte comparative de performances représentant les rapports de performances des premier et second outils abrasifs à une plage de variables du procédé.