Brevet FR2872726A1 — publié le 20060113

Dispositif de superfinition et procédé associé. La présente invention concerne un dispositif de superfinition de surface d'une pièce à usiner et un procédé associé. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de superfinition de surface d'une pièce à usiner, notamment d'une pièce cylindrique, comprenant un ruban abrasif destiné à venir en contact contre la pièce à usiner, des mâchoires comprenant au moins un patin d'application apte à maintenir le ruban abrasif contre ladite pièce. On cherche à l'heure actuelle, notamment dans l'industrie automobile, à obtenir des pièces présentant une haute qualité de surface en éliminant au maximum, par des dispositifs de superfinition, les défauts de forme résultant d'opérations d'usinage réalisées pour l'obtention desdites pièces. En effet, à titre indicatif, les chemises des cylindres d'un moteur thermique à combustion interne pour véhicule automobile ayant subies une opération de superfinition permettent de réduire d'approximativement un quart la consommation du moteur thermique ainsi que le rejet de particules de suies dans l'atmosphère. Par ailleurs, les constructeurs automobiles sont amenés à améliorer l'état de surface des vilebrequins des moteurs thermiques de manière à pouvoir utiliser des moteurs puissants sans générer d'éventuels phénomènes d'oscillations des paliers supportant le vilebrequin. On connaît par la demande de brevet US-A-2001/0041523, un dispositif de superfinition comprenant un corps, un ruban abrasif, trois éléments formant mâchoires montées de façon mobile par rapport au corps. Chaque mâchoire comprend au moins un patin, en matière synthétique rigide de type "Courbahne", conformé de manière à venir exercer un effort de pression sur le ruban afin de le maintenir appliquer contre la surface à usiner. Le patin, de forme générale cylindrique et s'étendant sensiblement le long de la pièce à usiner, vient en contact linéique avec le ruban. Bien qu'étant relativement efficace, un tel dispositif de superfinition comprenant un patin réalisé en matière synthétique de type "Courbahne" ne permet pas d'obtenir des pièces présentant un état de surface requis particulièrement lisse, notamment des vilebrequins destinés à être utilisés avec des moteurs puissants. On connaît également, par le brevet US 4 682 444, un dispositif de superfinition comprenant un corps, un ruban abrasif destiné à être appliqué contre une pièce à usiner, deux mâchoires supérieure et inférieure mobiles radialement par rapport au corps. Chaque mâchoire comprend quatre patins, réalisés dans un matériau classiquement utilisé pour de telles applications, par exemple en pierre. Les patins sont montés ici par rapport aux mâchoires avec une certaine capacité de basculement. En d'autres termes, les patins sont montés flottants par rapport aux mâchoires. Un tel dispositif présente également l'inconvénient de ne pas permettre l'obtention de pièces présentant une très haute qualité de surface. La présente invention a donc pour objet de remédier à ces inconvénients. L'invention a également pour objet de prévoir un dispositif de superfinition permettant le diamantage des patins directement sur ledit dispositif avant de réaliser l'opération de superfinition. A cet effet, le dispositif de superfinition de surface d'une pièce à usiner, notamment d'une pièce cylindrique, comprend un corps, un ruban abrasif destiné à venir en contact contre la pièce à usiner et des éléments formant mâchoires déplaçables par rapport au corps, chaque mâchoire comprenant au moins un patin d'application apte à exercer un effort de pression radial sur le ruban de manière à maintenir ledit ruban en contact avec la pièce à usiner. Le dispositif comprend au moins trois mâchoires sur chacune desquelles est monté de manière fixe le patin, ledit patin présentant, en outre, une dureté Shore D d'au moins 80. Un tel dispositif équipé de patins d'application comprenant une dureté Shore D d'au moins 80 permet de réduire de façon importante les défauts engendrés par les opérations d'usinage qui précèdent l'opération de superfinition. Il devient par exemple possible de diminuer et d'effacer, de manière particulièrement efficace, les défauts des pièces usinées, notamment les défauts de circularités. En effet, un dispositif comprenant un patin présentant une dureté Shore D d'au moins 80 permet d'améliorer le finissage de la surface à usiner par l'élimination de facettes de petites dimensions ne pouvant être éliminées par l'intermédiaire des patins usuels. Il devient ainsi possible, avec un tel dispositif, d'améliorer sensiblement l'état de surface des pièces usinées par rapport à des dispositifs de superfinition conventionnels. Avec un tel dispositif, il est également possible de pouvoir rectifier, directement sur ledit dispositif, le profil des patins de manière à obtenir des patins présentant un profil adapté à celui de la pièce à usiner. En d'autres termes, l'utilisation de patins comprenant au moins un élément rigide présentant une dureté Shore D d'au moins 80, ainsi que la conception d'un dispositif comprenant trois mâchoires et de patins montés de manière fixe sur lesdites mâchoires permettent de réaliser un usinage des patins, directement sur ledit dispositif, de manière à ce que la surface de contact des patins soit en concordance de forme avec la pièce à usiner. En effet, il devient possible de monter, au préalable, sur le dispositif des patins bruts, par exemple de forme générale rectangulaire, et de monter entre les mâchoires une pièce étalon présentant un diamètre nominal sensiblement égal à celui de la pièce à usiner et comprenant une surface extérieure abrasive, par exemple munie de diamants, venant directement en contact avec les patins afin d'obtenir un calibrage des patins lors des rotations successives de la pièce étalon. Un tel calibrage des patins directement sur le dispositif de superfinition est réalisable grâce à l'utilisation de patins, présentant une dureté suffisamment élevée, montés de manière fixe par rapport aux mâchoires, et à l'utilisation de trois mâchoires. Un tel calibrage préalable des patins n'est en effet pas réalisable sur un dispositif comprenant deux mâchoires munies de patins montées avec une possibilité de basculement par rapport aux mâchoires, ni pour un dispositif comprenant des patins ne présentant pas des caractéristiques de dureté suffisamment élevées. En d'autres termes, la combinaison d'un dispositif comprenant trois mâchoires équipées de patins fixes avec l'utilisation de patins présentant une dureté Shore D d'au moins 80 permet de supprimer l'opération de diamantage des patins sur une machine spécifique, réduisant ainsi sensiblement les coûts de production en permettant la suppression de la machine spécialement dédiée au calibrage des patins. De préférence, le patin présente une dureté Shore D comprise entre 82 et 90. Avantageusement, le patin comprend des éléments en matière minérale naturelle, notamment du quartz. Le patin peut également comprendre un élément en matière synthétique. Dans un mode de réalisation, le patin comprend une surface d'application cylindrique, la surface d'application et le ruban étant en contact linéique suivant une direction sensiblement parallèle à un axe de la pièce à usiner. Le dispositif présente l'avantage de comprendre des patins de forme générale cylindrique s'étendant sensiblement le long de la pièce à usiner et étant en contact linéique avec le ruban adhésif. Un tel dispositif présente l'avantage de pouvoir s'adapter à des pièces à usiner de différents diamètres sans nécessiter un changement de mâchoires ou de patins. Dans un autre mode de réalisation, la surface d'application du patin est concave, et en concordance de forme avec la pièce à usiner. En d'autres termes, le patin comprend une portion centrale sensiblement amincie par rapport aux portions latérales. De tels patins permettent d'obtenir une abrasion de la pièce à usiner moins importante au centre du patin par rapport à côtés du patin de manière à obtenir un usinage dans la zone centrale du patin moins important et de réaliser ainsi une pièce usinée présentant une forme sensiblement bombée. Avantageusement, une mâchoire comprend un unique patin monobloc avec ladite mâchoire. De préférence, au moins une mâchoire comprend deux patins espacés circonférentiellement entre eux. La présente invention concerne également un procédé de superfinition d'une surface de pièce à usiner, notamment d'une pièce sensiblement cylindrique, dans lequel on fait tourner la pièce, on déplace radialement des mâchoires vers la pièce de manière à venir presser, par l'intermédiaire de patins d'application, un ruban abrasif sur la pièce à usiner. On déplace radialement au moins trois mâchoires, les patins ayant été fixés aux mâchoires et présentant une dureté Shore D d'au moins 80. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé, avant l'usinage de la pièce, on usine les patins selon un profil sensiblement équivalent à celui de la pièce à usiner en montant une pièce de diamantage présentant un diamètre sensiblement égal à la pièce à usiner et comprenant une surface extérieure abrasive. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'étude de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatifs et illustrés sur les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue partielle d'un dispositif de superfinition selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue en coupe selon l'axe II-II du dispositif de superfinition de la figure 1, la figure 3 est une vue partielle d'un dispositif de superfinition selon un second mode de réalisation de l'invention, et la figure 4 est une vue en coupe selon l'axe IV-IV du dispositif de superfinition de la figure 3. Comme illustré sur la figure 1, le dispositif de superfinition, référencé 1 dans son ensemble, vient presser, contre une pièce 2 à usiner cylindrique d'axe 2a, un ruban abrasif 3. La pièce 2 peut être entraînée en rotation, de façon connue, par un bras (non représenté) classiquement utilisé dans de tels dispositifs. Le ruban abrasif 3, en matière synthétique, par exemple en polyester, comprend une surface abrasive 3a destinée à être en contact avec la pièce 2. Le dispositif de superfinition 1 comprend un corps 4, à l'intérieur duquel sont montés trois éléments de support, référencés 5 à 7, comprenant respectivement une mâchoire 8, 9 et 10. Les éléments de support 5 à 7 sont circonférentiellement régulièrement répartis autour de la pièce 2, et mobiles radialement, par exemple par des vérins (non représentés), en direction de la pièce 2, suivant trois directions qui convergent sensiblement au niveau de l'axe 2a de ladite pièce 2. Les vérins sont adaptés pour permettre que les trois mâchoires 8 à 10 appliquent une pression sensiblement égale sur le ruban abrasif 3. Les mâchoires référencées 8 à 10, identiques entre elles, sont montées respectivement sur les éléments de support 5 à 7 par l'intermédiaire d'éléments de fixation 11 à 13. La mâchoire 8 comprend un alésage 8a étagé s'étendant radialement entre une surface extérieure 8c et une surface intérieure 8b de ladite mâchoire 8, la surface extérieure 8c venant en contact avec le corps 4. On entend ici, par surface intérieure, une surface orientée du côté de la pièce 2, et par surface extérieure, une surface orientée du côté du corps 4. A l'intérieur de la portion de plus grand diamètre de l'alésage 8a étagé est monté l'élément de fixation 11. L'élément de fixation 11 vient en saillie par rapport à la surface extérieure 8c de manière à pouvoir être monté à l'intérieur d'un alésage 5a radial de l'élément de support 5, ledit alésage 5a étant dans le même plan radial que l'alésage 8a. L'élément de fixation 11 comprend des billes lla mobiles et aptes à coopérer avec un évidemment annulaire 5b de l'alésage 5a pour assurer la fixation de la mâchoire 8 par rapport à l'élément de support 5 et éviter tout déplacement radial de ladite mâchoire 8 par rapport à l'élément de support 5. L'élément de fixation 11 comprend également un ressort (non représenté), pouvant être comprimé par l'intermédiaire d'une tige (non représentée) passant à travers la portion de l'alésage 8a étagé de diamètre restreint de manière à libérer les billes lla afin de permettre le démontage de la mâchoire 8 de l'élément de support 5. L'élément de fixation 11 permet un démontage rapide ainsi qu'un montage rapide de la mâchoire 8 sur l'élément de support 5. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir d'autres éléments de fixation permettant d'assurer la liaison entre la mâchoire 8 et l'élément de support 5, par exemple des vis, ou encore de réaliser la mâchoire 8 et l'élément de support 5 de façon monobloc. La mâchoire 8, de dimension axiale sensiblement égale à celle de l'élément de support 5 (figure 2), comprend deux patins 14, 15, emmanchés à l'intérieur de logements 16, 17. En d'autres termes, les patins 14, 15 sont montés de manière fixe par rapport à la mâchoire 8. Les patins 14, 15 sont ici symétriques entre eux par rapport à un plan radial passant le centre de l'alésage 8a étagé. Les patins 14, 15 sont espacés circonférentiellement entre eux. Une portion des patins 14, 15 est radialement en saillie, vers la pièce 2, par rapport à la surface intérieure 8b de la mâchoire 8. Les patins 14, 15 présentent ici une dimension axiale sensiblement égale à la dimension axiale de la mâchoire 8 (figure 2). Les patins 14, 15 comprennent respectivement une surface de contact 14a, 15a avec le ruban adhésif 3, lesdites surfaces 14a, 15a étant sensiblement en concordance de forme avec la surface extérieure 2b de la pièce 2. Les patins 14, 15 sont conformés pour venir en appui contre la surface extérieure cylindrique 2b de la pièce 2 et présentent, en section droite, un profil en forme de C ouvert en direction de la pièce 2. En d'autres termes, les patins 14, 15 comprennent une portion centrale présentant une dimension radiale réduite par rapport à la dimension radiale des bords latéraux des patins 14, 15 de manière à obtenir une surface à usiner légèrement bombée. Les patins 14, 15 sont réalisés dans un matériau présentant une 5 dureté Shore D supérieure à 80. Avantageusement, les patins 14, 15 présentent une dureté Shore D comprise entre 82 et 90. Les patins 14, 15 peuvent avantageusement être réalisés en matière minérale naturelle, par exemple en pierre, ou encore en matière synthétique rigide comprenant des éléments en matière naturelle, notamment du quartz. Avantageusement, les patins sont réalisés en matière synthétique, par exemple en résine époxyde comprenant des particules de quartz naturel, tel qu'une résine synthétique du type "Belzona". Bien entendu, il est également possible d'utiliser des patins 14, 15 présentant une dureté Shore D supérieure à 80 différents, par exemple des patins obtenus par un procédé de dépôt électrolytique. D'une manière analogue, les mâchoires 9, 10 comprennent respectivement des patins 18 et 19, 20 et 21, du même type que les patins 14, 15 décrits précédemment, munis respectivement de surfaces de contact 18a et 19a, 20a et 21a avec le ruban adhésif 3, et réalisés avec un matériau identique à celui des patins 14, 15. Les patins 14, 15, et 18 à 21, disposés dans un même plan axial, permettent de presser le ruban adhésif 3 contre la surface extérieure 2b de la pièce 2 de manière à venir usiner ladite surface 2b, le ruban adhésif 3 entourant la pièce 2 et passant ici entre les patins 17 et 18. Dans le mode de réalisation illustré, les patins 14, 15, et 18 à 21 sont dimensionnés et montés de manière à obtenir un espace angulaire régulier entre deux patins successifs. Les patins 14, 15, et 18 à 21 s'étendent ici sensiblement sur un secteur angulaire compris entre 40 et 50 . Bien entendu, il est également envisageable de prévoir des patins 14, 15, et 18 à 21 présentant une dimension circonférentielle réduite de manière à obtenir un espace angulaire plus important entre deux patins de mâchoires différentes par rapport à l'espace angulaire séparant deux patins d'une même mâchoire. Dans une variante de réalisation, il est également envisageable de prévoir des mâchoires 8 à 10 comprenant chacun deux patins de forme générale cylindrique s'étendant sensiblement le long de la pièce 2 et comprenant un axe sensiblement parallèle à l'axe 2a de la pièce 2, les patins étant espacés circonférentiellement entre eux et venant en contact linéique avec le ruban adhésif. Un tel mode de réalisation présente l'avantage de permettre une adaptabilité du dispositif pour un grand nombre de diamètres de pièces à usiner. Le dispositif de superfinition 1, grâce de trois mâchoires équipées de patins fixes permet un montage isostatique de la pièce 2. Le dispositif 1 permet ainsi, avec le montage isostatique de la pièce 2 et l'utilisation de patins présentant des caractéristiques de dureté Shore d'au moins 80, de réaliser l'usinage et le calibrage de patins bruts, par exemple de forme générale rectangulaire (réalisés en pointillés sur la figure), cylindrique présentant un diamètre nominal sensiblement égal à celui de la pièce à usiner et comprenant une surface extérieure abrasive de manière à obtenir des patins conformés pour la surface cylindrique 2b de la pièce 2 à usiner ultérieurement. Le mode de réalisation illustré sur la figure 3 diffère du précédent en ce que chaque mâchoire 8, 9, 10 comprend respectivement un unique patin référencé 22, 23, 24. Le patin 22, 23, 24 est monobloc avec la mâchoire 8, 9, 10. Les patins 22, 23, 24 s'étendent ici sensiblement sur un secteur angulaire compris entre 100 et 110 et présente une dimension axiale sensiblement égale à celles des mâchoires 8 à 10 (figure 4). D'une manière analogue, au mode de réalisation les patins 22, 23, 24 comprennent respectivement une surface de contact 22a, 23a, 24a avec le ruban abrasif 3 en concordance de forme avec la surface cylindrique extérieure de la pièce 2. Les patins 22, 23, 24, réalisés dans un matériau présentant une dureté Shore D supérieure à 80, peuvent avantageusement être réalisés dans le même type de matériau que celui des patins 14,15 et 18 à 21 (figure 1) décrits au mode de réalisation précédent. Quelque que soit le mode de réalisation de l'invention, le dispositif de superfinition offre de nombreux avantages, parmi lesquels l'obtention d'un état de surface de pièces usinées particulièrement satisfaisant, mais également une utilisation possible du dispositif comme machine permettant le calibrage des patins évitant ainsi l'utilisation d'une machine spécifique qui génère de coûts supplémentaires de production et de maintenance. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de superfinition de surface d'une pièce à usiner, notamment d'une pièce cylindrique, comprenant un corps (4), un ruban (3) abrasif destiné à venir en contact contre la pièce à usiner et des éléments formant mâchoires (8, 9, 10) déplaçables par rapport au corps, chaque mâchoire comprenant au moins un patin (14, 18, 20) d'application apte à exercer un effort de pression radial sur le ruban (3) de manière à maintenir ledit ruban en contact avec la pièce à usiner, caractérisé par le fait que le dispositif comprend au moins trois mâchoires (8, 9, 10) sur chacune desquelles est monté de manière fixe le patin (14, 18, 20), ledit patin présentant, en outre, une dureté Shore D d'au moins 80. 2/Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le patin présentant une dureté Shore D comprise entre 82 et 90. 3/Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le patin comprend des éléments en matière minérale naturelle, notamment du quartz. 4/Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé par le fait que le patin comprend un élément en matière synthétique. 5/Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé par le fait que le patin comprend une surface d'application cylindrique, la surface d'application et le ruban étant en contact linéique suivant une direction sensiblement parallèle à un axe de la pièce à usiner. 6/ Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé par le fait que la surface d'application du patin est concave, et en concordance de forme avec la pièce à usiner. 7/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au moins une mâchoire comprend un unique patin monobloc avec ladite mâchoire. 8/Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'au moins une mâchoire comprend au moins deux patins (14, 15) espacés circonférentiellement entre eux. 9/Procédé de superfinition de surface d'une pièce cylindrique à usiner, dans lequel on fait tourner la pièce, on déplace radialement des mâchoires vers la pièce de manière à venir presser, par l'intermédiaire de patins d'application, un ruban abrasif sur la pièce à usiner, caractérisé par le fait qu'on déplace radialement au moins trois mâchoires, les patins ayant été fixés par rapport aux mâchoires et présentant une dureté Shore D d'au moins 80. 10/Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'avant l'usinage de la pièce, on usine les patins selon un profil sensiblement équivalent à celui de la pièce à usiner en montant une pièce de diamantage présentant un diamètre sensiblement égal à la pièce à usiner et comprenant une surface extérieure abrasive.