Brevet FR2832088A1 — publié le 20030516

La présente invention concerne le domaine des abrasifs, et plus particulièrement des outils abrasifs destinés à être fixés sur, et entraînés en rotation par, des dispositifs d'entraînement de type perceuse, ponceuse ou meuleuse. Plus particulièrement, la présente invention concerne des outils abrasifs circulaires, de type disques abrasifs. A ce jour, il est connu d'utiliser des outils abrasifs de type"disques à lamelles abrasives", autrement appelés"disques à surfacer". De tels disques sont constitués d'une série de lamelles d'abrasif appliqué, souples, qui sont fixées de manière à se chevaucher sur la périphérie d'un plateau d'appui annulaire. De tels disques abrasifs sont utilisés, de préférence, pour des travaux grossiers, de type ponçage ou ébavurage. Par"abrasif appliqué", il faut comprendre tout abrasif constitué d'un matériau support, de type papier, tissu, toile en coton ou polyester, etc., qui est recouvert d'un liant fixant sur ledit matériau support des grains abrasifs. Ces"disques à lamelles abrasives", outre qu'ils ne permettent pas d'effectuer des travaux de finition, ne sont pas entièrement satisfaisants du fait que, de par la nature souple et fine des lamelles utilisées, ainsi que de par la nature même des abrasifs utilisés, à savoir des abrasifs appliqués, ils ont une durée de vie très courte. Il est également connu d'utiliser, non plus pour des travaux de ponçage ou d'ébavurage mais plutôt pour des travaux de tronçonnage ou d'affûtage, des disques d'abrasif aggloméré. Par"abrasif aggloméré", il faut comprendre tout abrasif constitué d'une matrice liante rigide au sein de laquelle sont dispersés des grains abrasifs. De tels disques d'abrasif aggloméré peuvent être dépourvus de plateau d'appui, comme c'est le cas, par exemple, des meules, ou peuvent également consister en une couche d'abrasif aggloméré recouvrant intégralement un plateau d'appui. Les outils abrasif agglomérés, dépourvus de plateau d'appui, peuvent travailler indifféremment par leur tranche ou par leur surface. Cependant, si l'utilisation d'abrasif aggloméré permet d'augmenter considérablement la durée de vie des outils abrasifs, il n'en est pas moins vrai que de tels outils s'échauffent rapidement lors de leur utilisation et ont également tendance à chauffer le matériau qui est travaillé, ce qui peut aboutir à une altération de la qualité du produit fini. L'invention permet de remédier à ces inconvénients de l'art antérieur en ce sens qu'elle propose un outil abrasif pour entraînement en rotation autour d'un axe, ledit outil étant constitué, d'une part, d'un plateau d'appui de forme annulaire et, d'autre part, d'une série de lamelles de matériau abrasif montées chevauchantes les unes par rapport aux autres, dans un plan grossièrement orthogonal audit axe de rotation, lesdites lamelles étant disposées sur la périphérie dudit plateau d'appui, ledit matériau abrasif constitutif desdites lamelles étant formé d'une matrice compressible, au sein de laquelle sont dispersés et retenus des grains abrasifs. Par"compressible", il faut comprendre que le matériau peut subir, sans se rompre, une déformation sous l'effet des forces normalement rencontrées dans le type de travail effectué, que ces forces soient appliquées par compression, torsion, cisaillement, etc. De tels abrasifs à matrice compressible sont connus et utilisés dans les mêmes applications, mais sous forme de disques plats. Or, il a été constaté que la mise en oeuvre de tels abrasifs sous la forme de lamelles permet-grâce à l'agressivité de la structure-des vitesses de travail considérablement supérieures à celles de tels disques plats, tout en débouchant sur un fini de surface beaucoup plus lisse, alors que l'on aurait pu s'attendre à ce qu'un travail agressif débouche sur un fini de surface rugueux. La structure de l'outil selon l'invention lui confère une grande résistance à l'usure et permet ainsi d'augmenter considérablement sa durée de vie. Selon une forme d'exécution préférée de l'invention, la matrice est compressible par nature et/ou du fait des conditions de son élaboration. Par"matrice compressible par nature", on entend soit une matrice fibreuse, soit une matrice alvéolée à cellules souples. Les modifications des conditions de l'élaboration de la matrice peuvent consister, si la matrice est formée à partir d'un milieu polymérisable, en des modifications des paramètres de polymérisation tels que la température, la durée de traitement, l'ajout de diluant, etc... En outre, ladite matrice peut être poreuse, comme c'est le cas, par exemple, d'une matrice de fibres, ou relativement non poreuse, comme c'est le cas avec la majorité des liants polymères. Il est bien entendu que de telles observations, quant à la porosité de ladite matrice, se limitent à l'échelle macroscopique. Selon une forme d'exécution particulièrement préférée, la matrice consiste en une masse de polyuréthane, de résine phénolique, de colle, ou en des fibres, etc... Pour ce qui est de la nature des grains abrasifs pris dans la masse de la matrice, ceux-ci peuvent consister en tout matériau connu de l'homme du métier pour avoir des propriétés abrasives. Toutefois, il est préféré d'utiliser des grains abrasifs sélectionnés dans le groupe consistant en de l'oxyde d'aluminium, du carbure de silicium, du zircon, de la céramique, du diamant, etc... Selon une forme particulière d'exécution de la présente invention, il peut être souhaité que la matrice compressible ne soit pas directement solidarisée au plateau d'appui, mais le soit par l'intermédiaire d'un support, tel que tout support décrit plus haut dans le cadre des abrasifs appliqués. Cette forme d'exécution est particulièrement intéressante dans le cas de l'utilisation d'une matrice poreuse et/ou fibreuse, car elle offre une surface sensiblement pleine et plane pour assurer le collage sur le plateau d'appui. En ce qui concerne la disposition des lamelles sur le plateau d'appui, le plan qu'occupe chacune des lamelles de matériau abrasif fait de préférence un angle compris entre environ 5 et environ 150 par rapport au plan de la périphérie du plateau d'appui. Un tel angle, qui a un effet sur l'agressivité de l'outil, présente en outre l'avantage d'améliorer grandement la ventilation de la zone de travail. En effet, cet angle crée, entre les bords d'attaque des différentes lamelles, l'existence de vides qui permettent de réduire l'échauffement tant de l'outil que de la pièce travaillée et, de plus, facilitent l'évacuation des poussières résultant dudit travail. En outre, chaque lamelle qui a un bord d'attaque exposé et un bord de fuite recouvert par une lamelle adjacente est, de préférence, orientée de telle sorte que le bord d'attaque de chacune des lamelles de matériau abrasif fait un angle compris entre environ 0 et 450 par rapport au diamètre du plateau d'appui qui passe par le point le plus intérieur dudit bord d'attaque. Un autre inconvénient de l'art antérieur, tel que représenté par les disques à lamelles en abrasif appliqué, réside dans le fait que la souplesse desdites lamelles impose, pour assurer une certaine rigidité à l'outil, un chevauchement important entre lamelles, c'est-à-dire que chaque lamelle doit être recouverte sur environ 50 à 75% de sa surface par une autre lamelle. Il s'ensuit qu'il est nécessaire d'utiliser un grand nombre de lamelles, ce qui complique la fabrication et consomme une grande quantité de matériau, alors que les lamelles ne sont utiles pour le travail que sur une faible partie de leur surface. Outre les avantages cités plus haut, la présente invention permet de remédier également à cet inconvénient en ce sens que, l'abrasif utilisé étant relativement rigide, les lamelles constituant l'outil abrasif peuvent ne se chevaucher mutuellement que sur environ 10 à 50% de leur surface. Selon un second aspect, la présente invention concerne l'utilisation d'un abrasif constitué d'une matrice compressible, au sein de laquelle sont dispersés et retenus des grains abrasifs, pour la fabrication d'un outil abrasif pour entraînement en rotation autour d'un axe, ledit outil étant constitué, d'une part, d'un plateau d'appui de forme annulaire et, d'autre part, d'un matériau abrasif solidarisé audit plateau d'appui, ledit matériau abrasif se présentant sous la forme de lamelles montées chevauchantes les unes par rapport aux autres, dans un plan grossièrement orthogonal audit axe de rotation, et disposées sur la périphérie dudit plateau d'appui. L'invention sera mieux comprise, et ses avantages ressortiront mieux, à la lumière de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente une vue de dessus d'un outil abrasif selon l'invention ; la figure 2 représente une vue latérale de l'outil de la figure 1 ; et la figure 3 est un graphique illustrant, en fonction du temps exprimé en minutes, les différences d'enlèvement de matière, exprimé en mm, entre l'outil objet de la présente invention et un outil classique. Comme il ressort des figures 1 et 2, l'outil 1 se présente sous la forme d'un disque constitué d'un plateau d'appui 2 et d'une série de lamelles 3, 3'et 3''de matériau abrasif disposées sur la périphérie dudit plateau 2. Le plateau d'appui 2 peut être en fibres, en plastique, en polyester, en carton rigide ou encore en métal. Les lamelles 3, 3'et 3''ont une forme générale rectangulaire, étant toutefois entendu qu'elles pourraient avoir une autre forme, par exemple être carrées. Les lamelles peuvent être rigides ou semi-rigides et constituées d'un matériau tel que le feutre abrasif, le nylon abrasif, le nylon abrasif imprégné, le nylon abrasif compressé et imprégné, le nylon dit pour"surface conditioning", les fibres abrasives, le caoutchouc abrasif, le coton-résine abrasif, etc. Le plateau d'appui 2 présente un trou central 4, ménagé dans une cuvette 5, pour le passage selon l'axe X-X'd'un moyen d'entraînement en rotation (non représenté). Comme il ressort de la figure 1, les lamelles 3, 3' et 3''se chevauchent l'une l'autre de sorte que leur bord d'attaque, tel que 7'de la lamelle 3', recouvre le bord de fuite, tel que 8, de la lamelle 3 adjacente. Il ressort également de la figure 1 que les lamelles sont orientées de telle sorte que leur bord d'attaque 7 fait, en leur point le plus intérieur 9, un angle a compris entre 0 et 450 avec le diamètre D-D'du plateau 2 passant par ce point. Comme il ressort en outre de la figure 2, les lamelles sont chacune disposées dans un plan, tel que P', qui fait un angle P compris entre environ 5 et 150 avec le plan P de la périphérie du plateau d'appui 2. On voit également que chaque lamelle, telle que 3, est recouverte sur environ 10 à 50% de sa surface par la lamelle 3' adjacente. En pratique, le matériau constituant le plateau d'appui 2 est une résine phénolique, incluant des fibres. Les lamelles 3, 3'et 3''sont convenablement disposées dans la configuration illustrée aux figures 1 et 2, de sorte, qu'à la manière d'une couronne, elles garnissent toute la périphérie du plateau d'appui 2, de façon plus ou moins serrée. Le nombre de lamelles 3, 3'et 3''variera en fonction de la densité que l'on souhaite donner à l'outil et également en fonction de l'épaisseur desdites lamelles 3, 3'et 3''. L'épaisseur des lamelles varie généralement de 0,6 à 6 mm selon la nature de l'abrasif utilisé. Comme on le voit aux figures 1 et 2 le bord 11 du plateau 2 est en retrait par rapport à la périphérie extérieure de la couronne de lamelles. De cette manière, le plateau d'appui 2 ne peut pas venir frotter sur le substrat en cours de travail. En outre, la figure 2 fait clairement apparaître que les lamelles déterminent entre elles des interstices 10 vers lesquels la poussière émise lors du ponçage du substrat travaillé peut s'évacuer et être éliminée par ventilation. Pour la fabrication de l'outil selon l'invention, on met en oeuvre les techniques connues à propos des disques à lamelles en abrasif appliqué mais en les adaptant au type particulier d'abrasif utilisé et à l'épaisseur, généralement supérieure, des lamelles. Afin de mettre en évidence les avantages de l'outil abrasif objet de la présente invention, des essais comparatifs ont été effectués entre un disque traditionnel plat et un disque à lamelles conforme à la présente invention fabriqués à partir du même matériau abrasif. Les caractéristiques des disques utilisés sont les suivantes : Disque A : Disque traditionnel plat (art antérieur) Abrasif : Surface conditioning FE-medium Diamètre : 125 mm plat Plateau d'appui : plastique velcronisé Vitesse de travail : 3600 tours/minute Pression : 15 kg Matériau travaillé : acier inoxydable type 316 Disque B : Disque à lamelles (invention) Abrasif : Surface conditioning FE-medium Diamètre : 125 mm-28 lamelles Plateau d'appui : fibre de verre Vitesse de travail : 3600 tours/minute Pression : 15 kg Matériau travaillé : acier inoxydable type 316 Différentes propriétés ont été étudiées et les résultats sont commentés ci-après. 1/agressivité du disque. L'agressivité du disque se traduit par sa capacité d'enlèvement de matière. Il apparaît clairement, à la figure 3, que le disque B, dans les mêmes conditions de travail, a une capacité d'enlèvement de matière 3 fois plus importante que le disque A après une période de travail de 5 minutes (enlèvement de matière : 6,35 g pour le disque A ; 18,57 g pour le disque B) et que cette différence de capacité continue d'augmenter puisqu'elle passe à environ 4 fois plus au bout de 10 minutes (enlèvement de matière : 7,01 g pour le disque A ; 27,88 g pour le disque B). Cet essai met, non seulement en évidence, le fait que le disque B a une agressivité plus importante, mais également que le disque B s'use beaucoup moins rapidement que le disque A puisque, si après 5 minutes son agressivité commence à faiblir, elle reste considérablement supérieure à celle du disque A après 10 minutes de travail. On voit en effet que, dans le cas du disque A, sa capacité d'enlèvement de matière devient insignifiante après 5 minutes de travail (l'enlèvement passe de 6,35 g à 7,01 g entre 5 et 10 minutes), alors qu'elle se maintient dans le cas du disque B (l'enlèvement passe de 18,57 à 27,88 g entre 5 et 10 minutes). En fait, l'expérience montre que le disque à lamelles (Disque B) a une durée de vie 6 fois supérieure à celle du disque plat traditionnel (Disque A). 2/degré de finition obtenu. La qualité du fini de surface (rugosité) est exprimée par le Ra qui, conformément à la norme ISO 3274, représente la distance moyenne d'une ligne centrale imaginaire qui peut être dessinée entre les hauts et les bas des"pics"et des"creux"de la surface. Après 2 minutes, les résultats obtenus avec les deux disques sont les suivants : Disque Ra A 0, 58 B 0, 37 Le fait que le Ra de la surface travaillée avec le disque B est inférieur au Ra de la surface travaillée avec le disque A montre que le Disque B permet d'obtenir un meilleur degré de finition. 3/Echauffement Après 5 minutes de travail avec les deux disques testés, les résultats obtenus sont les suivants : Température du matériau Disque travaillé après 5 minutes ( C) A 135 B 117 Ces résultats montrent clairement que la pièce travaillée avec le disque B et, en conséquence, le disque B lui-même s'échauffent nettement moins que la pièce travaillée avec le disque A et que le disque A lui-même. Ainsi, la mise en forme en lamelles d'un abrasif constitué d'une matière compressible dans laquelle sont noyés et retenus des grains abrasif débouche sur un outil qui, de façon tout à fait inattendue, combine, d'une part, agressivité et durée de vie accrues et, d'autre part, meilleur fini de surface et moindre échauffement du substrat travaillé. REVENDICATIONS 1. Outil abrasif (1) pour entraînement en rotation autour d'un axe (X-X'), ledit outil étant constitué, d'une part, d'un plateau d'appui (2) de forme annulaire et, d'autre part, d'une série de lamelles (3, 3', 3'') de matériau abrasif montées chevauchantes les unes par rapport aux autres, dans un plan grossièrement orthogonal audit axe de rotation, lesdites lamelles (3, 3', 3'') étant disposées sur la périphérie dudit plateau d'appui (2), ledit outil abrasif (1) étant caractérisé en ce que le matériau abrasif constitutif desdites lamelles (3, 3', 3'') est formé d'une matrice compressible, au sein de laquelle sont dispersés et retenus des grains abrasifs. 2. Outil abrasif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite matrice est compressible par nature et/ou du fait des conditions de son élaboration. 3. Outil abrasif (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite matrice compressible consiste en une masse de polyuréthane, de résine phénolique, de colle ou en des fibres. 4. Outil abrasif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits grains abrasifs entrant dans la composition desdites lamelles (3, 3', 3'') consistent en de l'oxyde d'aluminium, du carbure de silicium, du zircon, de la céramique ou du diamant. 5. Outil abrasif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice est elle-même solidarisée à une feuille support par l'intermédiaire de laquelle elle est solidarisée au plateau d'appui (2). 6. Outil abrasif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plan P'qu'occupe chacune des lamelles (3, 3', 3'') de matériau abrasif fait un angle P compris entre environ 5 et environ 150 par rapport au plan P de la périphérie du plateau d'appui (2). 7. Outil abrasif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque lamelle (3, 3', 3'') a un bord d'attaque (7) exposé et un bord de fuite (8) recouvert par une lamelle adjacente (31), caractérisé en ce que le bord d'attaque (7) de chacune des lamelles (3) de matériau abrasif fait un angle a compris entre environ 0 et 450 par rapport au diamètre D-D 1 du plateau d'appui (2) qui passe par le point (9) le plus intérieur dudit bord d'attaque (7). 8. Outil abrasif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites lamelles (3, 3', 3'') se chevauchent mutuellement sur environ 10 à 50% de leur surface. 9. Utilisation d'un abrasif constitué d'une matrice compressible, au sein de laquelle sont dispersés et retenus des grains abrasifs, pour la fabrication d'un outil abrasif (1) pour entraînement en rotation autour d'un axe (X-X'), ledit outil étant constitué, d'une part, d'un plateau d'appui (2) de forme annulaire et, d'autre part, d'un matériau abrasif solidarisé audit plateau d'appui (2), caractérisé en ce que ledit matériau abrasif se présente sous la forme de lamelles (3, 31, 3'') montées chevauchantes les unes par rapport aux autres, dans un plan grossièrement orthogonal à l'axe de rotation X-X', et disposées sur la périphérie dudit plateau d'appui (2).