Brevet FR2876937A1 — publié le 20060428

i L'invention concerne une machine à polir une éprouvette, destinée plus particulièrement au polissage d'une éprouvette dite cylindrique . Une éprouvette est une pièce généralement métallique, de section, de forme et de dimensions normalisées, destinées à être testée en laboratoire pour mesurer les caractéristiques mécaniques, chimiques ou métallurgiques du matériau qui la constitue après que celui-ci ait reçu d'éventuels traitements. On distingue la partie utile de l'éprouvette, qui est la partie soumise au test, des deux têtes de l'éprouvette, qui entourent cette partie utile et servent à la préhension de l'éprouvette. io Une éprouvette cylindrique est une éprouvette dont la partie utile et les têtes ont la forme d'un cylindre de révolution, le diamètre des têtes étant supérieur à celui de la partie utile, de sorte que l'éprouvette s'évase entre ces parties. Une éprouvette peut être obtenue brute de coulée ou avoir subi un usinage. Dans ce dernier cas, l'usinage génère à la surface de l'éprouvette des déformations plastiques qui modifient localement la structure métallurgique et les caractéristiques de l'éprouvette. Or, ces modifications superficielles faussent les tests menés par la suite. Pour surmonter ce problème, il est connu de procéder au polissage de la surface de la partie utile de l'éprouvette au moyen d'une machine adaptée, de manière à éliminer la couche superficielle de matière qui présente une structure et des caractéristiques différentes du reste de l'éprouvette. On trouve actuellement sur le marché une machine de ce type comprenant un mandrin à trois mâchoires entre lesquelles l'éprouvette est maintenue, entraîné en rotation par un moteur de manière à faire tourner l'éprouvette autour de son axe principal. Cette machine comprend également des moyens pour dérouler une bande de papier abrasif, comme du papier d'émeri. Ladite bande est guidée par des galets de guidage et le contact entre la bande et l'éprouvette est créer à l'aide de galets en caoutchouc montés sur ressorts, sur lesquels passe la bande et qui plaquent cette bande contre l'éprouvette. Ces galets sont portés par un bras oscillant dans un plan comprenant l'axe principal de l'éprouvette, de manière à balayer toute la longueur de la partie utile de l'éprouvette. La bande de papier abrasif effectue un seul passage au contact de l'éprouvette de manière à assurer un polissage rapide, uniforme, sans risque d'incrustation de grains d'abrasif, et reproductible. Si le résultat obtenu avec une telle machine est de meilleure qualité qu'un polissage manuel, il reste néanmoins insatisfaisant car on constate, après le polissage, la présence de rayures transversales (i.e. dans un plan perpendiculaire à l'axe principal) sur la partie utile des éprouvettes. Or, ces rayures forment des zones de fragilisation qui faussent les tests, en particulier les tests de rupture, menés par la suite. D'autre part, il est fréquent que la bande de papier abrasif chasse sur les galets en caoutchouc lors du io polissage, ce qui a pour conséquence une mauvaise homogénéité du polissage et une perte de temps liée au repositionnement de la bande sur les galets. L'invention a pour but de proposer une solution alternative à la machine à polir précédemment décrite, permettant d'obtenir un polissage de bonne qualité. Pour atteindre ce but, l'invention a pour objet une machine à polir des éprouvettes dont la structure est agencée différemment. La machine de l'invention comprend des moyens d'entraînement en rotation pour entraîner une éprouvette en rotation autour d'un axe principal de celle-ci, des moyens de défilement pour faire défiler une bande de papier abrasif au contact de l'éprouvette, et comprend, en outre, des moyens d'entraînement en translation pour entraîner ladite éprouvette en translation, selon un mouvement de va-et-vient, suivant son axe principal, lors du polissage. La différence majeure entre la machine de l'invention et la machine de type connu précédemment décrite réside dans l'entraînement en translation de l'éprouvette, par rapport à la bande qui, elle, reste fixe. Ceci simplifie la structure des moyens de défilement du papier abrasif. En outre, grâce à l'invention, on maîtrise mieux le mouvement relatif de va-et-vient entre l'éprouvette et le papier abrasif. Or, c'est ce mouvement relatif qui permet d'obtenir un polissage de l'éprouvette orienté suivant l'axe principal de l'éprouvette et d'éviter ainsi la formation sur l'éprouvette de rainures transversales dues au polissage. Avantageusement, les moyens d'entraînement en translation comprennent un excentrique et une bielle. Cette structure simple permet de limiter au maximum la durée nécessaire au changement de sens du mouvement de l'éprouvette et de garantir ainsi un polissage le plus homogène possible, le long de la partie utile de l'éprouvette. Avantageusement encore, la machine comprend des moyens de poussée pour pousser la bande de papier abrasif contre l'éprouvette, au moins un capteur pour déterminer la force exercée par lesdits moyens de poussée sur la bande, et des moyens pour ajuster la force exercée par lesdits moyens de poussée sur la bande à une valeur prédéterminée. Ainsi, d'une part, on favorise l'homogénéité du polissage et, d'autre part, on élimine les variations des forces de frottement entre les moyens de io défilement et la bande, de sorte que cette dernière ne dérape pas (dans la direction du défilement) et ne chasse pas (dans la direction perpendiculaire à celle du défilement) sur les moyens de défilement. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemples non limitatifs. La description fait référence aux figures annexées, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'une machine à polir selon l'invention; - les figures 2 à 4 sont des coupes selon le plan II-II de différentes 20 parties de la machine de la figure 1; La machine à polir, désignée par la référence générale 1, comprend un bâti 2 et une première partie E sur laquelle sont montés des moyens de fixation pour tenir une éprouvette 35, et des moyens de guidage en translation pour guider ladite première partie E en translation suivant l'axe principal P de l'éprouvette, et des moyens de guidage en rotation pour guider ladite première partie E en rotation autour de cet axe principal P. La première partie E comprend deux arbres coaxiaux 4 et 6, d'axe B. Le premier arbre 4 est mobile en rotation autour de l'axe B et en translation suivant cet axe. De même, le deuxième arbre 6 qui est creux et qui entoure le premier est mobile en rotation autour de l'axe B et en translation suivant cet axe. Une molette 7 est solidarisée, par exemple par soudage, à l'extrémité arrière du deuxième arbre 6. Cette molette 7 présente sur sa face intérieure un filetage 10a apte à coopérer avec un filetage extérieur 10b formé sur une portion du premier arbre 4, de sorte que la rotation de la molette 7 entraîne le déplacement de l'arbre 6 en translation par rapport au premier arbre 4, suivant l'axe B. Un troisième arbre 8 creux, coaxial avec les arbres 4 et 6, et qui les entoure, est mobile en translation suivant l'axe B mais est bloqué en rotation par rapport à cet axe. L'arbre 8 peut coulisser à l'intérieur d'un support 12 fixé sur le bâti 2 et est bloqué en rotation par rapport à ce support 12. Un tel blocage est obtenu en pratique, par exemple, à l'aide de nervures 8a formées sur l'arbre 8, aptes à coulisser dans des rainures 12a formées sur le support 12. io Le troisième arbre 8 sert de support et de guide à la rotation de la première partie E et, à cet effet, des roulements à billes et/ou à rouleaux sont disposés, de préférence, aux extrémités de l'arbre 8. Dans l'exemple, un roulement à rouleaux 16 est disposé entre les arbres 6 et 8, à l'arrière de l'arbre 8, tandis qu'un roulement à billes 14 entourant l'arbre 6 est logé à l'intérieur d'une cage 15 fixée, par exemple par soudage, à l'extrémité avant de l'arbre 8. Dans l'exemple, lesdits moyens de guidage en rotation de la première partie E comprennent donc le troisième arbre 8, ainsi que les roulements 14 et 16. D'autre part, lesdits moyens de guidage en translation de la première partie E comprennent le support 12 et troisième arbre 8. Comme représenté sur la figure 1, un collier de serrage 18 peut être serré autour de l'extrémité arrière de l'arbre 8 à l'aide d'une vis 19. Une pièce 21 est montée pivotante sur ce collier 18 et est traversée par une portion de la première extrémité 22a d'une bielle 22. La partie de la bielle située du côté de la première extrémité 22a est une tige filetée 20. Cette tige 20 est solidarisée à la pièce 21 à l'aide de deux écrous 23 vissés sur la tige 20 et qui entourent la pièce 21. Ces écrous 23 peuvent être serrés autour de la pièce 21 pour empêcher la tige 20 de coulisser à l'intérieur de la pièce 21. De cette manière, la portion d'extrémité de la bielle est montée pivotante sur le collier 18, qui fait partie des moyens de guidage en rotation de la première partie E. La seconde extrémité 22b de la bielle 22 est montée pivotante sur un pivot 24 solidaire d'un bras de positionnement réglable 26. Le bras 26 est monté sur un organe susceptible d'être entraîné en rotation autour d'un axe C de rotation par un moteur 5. Dans l'exemple, cet organe est un disque 28 centré sur l'axe C. Une première extrémité 26a du bras 26 est montée pivotante à la périphérie du disque 28 tandis que l'autre extrémité 26b peut être positionnée de manière réglable sur le disque 28. Dans l'exemple, l'extrémité 26b porte un boulon 30 susceptible de coulisser à l'intérieur d'une rainure 32 courbe, ménagée dans le disque 28. Une fois le bras 26 placé dans la position souhaitée, l'extrémité 26b est immobilisé par rapport au disque 28 par serrage du boulon 30. Le déplacement du bras 26 permet d'excentrer plus ou moins le pivot par rapport à cet axe. Le bras 26, la rainure 32 et le boulon 30 sont un exemple de moyens de réglage pour régler la distance d d'éloignement entre le pivot io 24 et l'axe de rotation C. Les moyens d'entraînement en translation pour entraîner l'éprouvette 35 en translation suivant son axe principal P comprennent donc le moteur 5, l'excentrique formé par le disque 28 et le bras 26, la bielle 22, les écrous 23, la bague 18, les arbres 4, 6 et 8, ainsi que les moyens de fixation de l'éprouvette. La première partie E est entraînée en rotation par un arbre moteur 72 relié au premier arbre 4 par des moyens d'accouplement 80. Ces moyens d'accouplement 80 peuvent être des moyens d'accouplement élastique, aptes à se déformer de manière à amortir les chocs lorsque la vitesse de rotation de l'arbre moteur 72 varie de façon discontinue, comme c'est le cas principalement lors du démarrage de l'arbre moteur. Ainsi, les variations de la vitesse de rotation du premier arbre 4 sont les plus continues possibles, ce qui améliore la qualité de polissage. Dans l'exemple, ces moyens d'accouplement 80 sont formés par un silentbloc à l'intérieur duquel sont fixés, respectivement par vissage et au moyen d'une vis pointeau 71, le premier arbre 4 et l'arbre moteur 72. L'arbre moteur 72 est entraîné par une courroie 70 crantée, par l'intermédiaire d'une bague d'accouplement 75, elle-même crantée sur sa face extérieure. La bague 75 est montée à l'intérieur d'un palier 76 solidaire du châssis 2, des roulements 78 étant disposés entre la bague 75 et le palier 76. De plus, l'arbre moteur 72 présente un méplat 74, ce qui lui permet de coulisser à l'intérieur de la bague 75 tout en étant entraîné en rotation par celle-ci. Les moyens d'entraînement en rotation pour entraîner l'éprouvette 35 en rotation autour de son axe principal P comprennent donc le moteur 5, la courroie 70 entraînée par le moteur 5, la bague d'accouplement 75, l'arbre moteur 72 et les moyens d'accouplement 80. Les moyens de fixation pour tenir l'éprouvette 35 sont montés sur la première partie E. Dans l'exemple, ces moyens comprennent une pince 34 solidarisée à l'extrémité avant du premier arbre 4 par filetage 33, ce qui permet de faire dépasser plus ou moins ladite pince 34 à l'avant du premier arbre 4 et d'adapter ainsi les moyens de fixation à la taille de l'éprouvette 35 à polir. La pince 34 comprend plusieurs mâchoires 36 susceptibles d'être io rapprochées l'une de l'autre pour serrer une extrémité de l'éprouvette 35. En position serrée, l'écartement radial entre les mâchoires 36 est minimum de manière à serrer l'éprouvette 35 sur toute sa périphérie et garantir l'alignement de l'axe principal P de l'éprouvette avec l'axe B du premier arbre 4. Pour rapprocher les mâchoires 36 les unes des autres, on les fait passer à travers une forme tronconique 38. Une telle forme 38 est réalisée à l'extrémité avant du deuxième arbre 6. Dans l'exemple, la forme tronconique 38 est réalisée à l'extrémité avant du deuxième arbre 6. On tourne la molette 7 pour faire avancer cet arbre 6 vers l'avant (vers la gauche sur les figures) par rapport au premier arbre 4 et faire passer les mâchoires 36 à travers la forme tronconique 38 et serrer ainsi une extrémité l'éprouvette 35 ladite. L'éprouvette 35 est alors solidaire en rotation et en translation avec le premier et le deuxième arbre 4 et 6. Avantageusement, pour obtenir un meilleur maintien de l'éprouvette, Les moyens de fixation de celle-ci comprennent une contrepointe 40 pour soutenir l'autre extrémité de l'éprouvette 35. Cette contrepointe, représentée en détail sur la figure 3, comprend une pointe tournante 48 montée sur roulements 50 à l'intérieur d'un palier 42. On notera ici que la pointe 48 est destinée à venir se loger à l'intérieur d'un trou de centre 49 présent sur l'éprouvette 35 (deux trous de centre 49 sont généralement ménagés aux extrémités de l'éprouvette et sont utiles, en particulier, lors de l'étape d'usinage préalable). Le palier 42 est monté sur ressort 47 sur un ensemble 44 solidaire de la cage 15 du support 12 par l'intermédiaire de deux tiges 46. L'ensemble 44 est donc susceptible de se translater suivant l'axe B en suivant le troisième arbre 8. Comme le palier 42 est monté sur ressort 47, la pointe 48 peut être maintenue en position de retrait (sur la gauche sur les figures) lors du positionnement de l'éprouvette 35 à l'intérieur de la pince 34. Une fois relâchée, la pointe 48 pousse l'éprouvette 35 vers la pince 34, ce qui, en particulier, facilite l'opération de serrage de l'éprouvette 35. En référence à la figure 1, nous allons maintenant décrire les moyens de défilement pour faire défiler la bande de papier abrasif 52 ainsi que les moyens de déplacement pour amener ladite bande 52 au contact de l'éprouvette 35. io Pour garantir la qualité du polissage et sa reproductibilité, la bande 52 de papier abrasif n'effectue qu'un seul passage au contact de l'éprouvette. La machine 1 comprend donc des moyens d'alimentation 53 en papier abrasif 52 neuf. Dans l'exemple, ces moyens d'alimentation 53 comprennent une bobine (non représentée) autour de laquelle le papier abrasif 52 est enroulé. La bande de papier abrasif 52 est déroulée et entraînée à l'aide de moyens de défilement comprenant au moins un galet moteur 54 et des galets de guidage 56 pour guider ladite bande selon le chemin Z représenté sur la figure 1. Le galet moteur 54 est entraîné par un arbre moteur, lui- même entraîné par le moteur 5 qui entraîne également la courroie et le disque 28. On notera que l'exemple de machine à polir représenté utilise un unique moteur 5 pour entraîner l'excentrique, la courroie 70 et le galet moteur 54, et des moyens pour réguler la vitesse d'entraînement de ces divers éléments 28, 100, 54, ces vitesses étant différentes. La machine à polir est ainsi plus compacte. Cependant, chaque élément 28, 100, 54 pourrait être entraîné par son propre moteur. Les moyens de déplacement permettent d'écarter la bande 52 pour faciliter l'accès aux moyens de fixation lors de la mise en place de l'éprouvette et d'amener cette bande 52 au contact de l'éprouvette 35 pour le polissage. Ils comprennent au moins une tige 57 solidaire du châssis 2. Cette tige 57 permet de guider en translation suivant la direction T, perpendiculaire à l'axe principal P de l'éprouvette 35, un ensemble 58 sur lequel est montée une partie au moins desdits moyens de défilement. Les moyens de déplacement comprennent en outre un vérin 59 pour déplacer l'ensemble 58. La machine selon l'invention comprend en outre au moins un microvérin 62 monté sur l'ensemble 58, situé derrière la bande 52, de préférence au niveau de l'éprouvette 35, et destiné à pousser la bande 52 contre cette dernière. Le microvérin 62 peut être équipé à son extrémité d'un patin pour un meilleur contact avec la bande. Par ailleurs, le microvérin 62 renferme un capteur qui permet de déterminer (i.e. de mesurer directement ou indirectement) la force exercée sur la bande 52, et des moyens, internes ou externes au microvérin 62, reliés audit capteur, permettent d'ajuster la force exercée par le microvérin 62 sur la bande 52 à une valeur prédéterminée. Ainsi, on garantit un polissage de bonne qualité, même dans les régions où la partie utile de l'éprouvette 35 s'évase, et on limite considérablement le risque de voir la bande 52 chasser io ou déraper sur les galets de guidage 56. La structure de la machine selon l'invention étant bien comprise, nous allons maintenant décrire étape par étape une opération de polissage réalisée à l'aide de ladite machine. Tout d'abord, on rétracte la contrepointe 40 de manière à installer la première extrémité de l'éprouvette 35 à l'intérieur de la pince 34. Puis, on relâche la contrepointe 40 en faisant en sorte que la pointe 48 vienne se loger à l'intérieur d'un des trous de centre 49 de l'éprouvette 35 et on serre l'éprouvette 35 dans la pince 34. La course, ou amplitude, du mouvement de va-et-vient de l'éprouvette 35 est réglée en déplaçant le bras de positionnement réglable 26. Cette amplitude 2d est égale au double de la distance d séparant le pivot 24 du centre du disque 28. Enfin, on règle la position d'avancée maximale et de recul minimal de l'éprouvette 35 par rapport au support 12 et donc par rapport à la bande 52, en déplaçant la tige filetée 20 de la bielle 22 par rapport au collier de serrage 18, la tige 20 étant ensuite maintenue dans la position choisie à l'aide des écrous 23. Plus le collier 18 est proche de l'extrémité de la tige filetée 22a et plus l'éprouvette est avancée (vers la gauche sur la figure) par rapport au support 12. Le vissage/dévissage des écrous 23 permet d'effectuer un réglage fin de la position de la bielle 22. Ces écrous 23 sont un exemple de moyens de réglage. Pour procéder au polissage, on entraîne la première partie E en rotation à l'aide du moteur 5. Le disque 28, également entraîné par le moteur 5, est à l'origine du mouvement de va-et-vient de l'éprouvette 35, simultané à sa rotation, et la bande de papier abrasif 52 défile devant l'éprouvette 35. Avantageusement, la machine 1 comprend, en outre, une unité de commande dont les entrées sont des informations concernant: la vitesse de rotation de l'éprouvette 35, la vitesse de translation de l'éprouvette ou la vitesse de défilement de la bande 52 de papier abrasif, et dont les sorties sont des signaux de commande envoyés, aux moyens d'entraînement en translation de l'éprouvette 35, aux moyens d'entraînement en rotation de celle-ci ou aux moyens de défilement de la bande 52. Cette unité de commande peut également recevoir des informations relatives à la force exercée par les moyens de poussée (le io microvérin 62) sur la bande 52, et commander lesdits moyens de poussée. Dans ce cas l'unité de commande fait office de moyen d'ajustement de la force exercée sur la bande. i0 REVENDICATIONS 1. Machine à polir des éprouvettes comprenant des moyens d'entraînement en rotation pour entraîner une éprouvette (35) en rotation autour d'un axe principal (P) de celle-ci et des moyens de défilement pour faire défiler une bande de papier abrasif (52) au contact de l'éprouvette, caractérisé en ce qu'elle comprend, en outre, des moyens d'entraînement en translation pour entraîner ladite éprouvette en translation, selon un mouvement de va-et-vient, suivant io son axe principal (P), lors du polissage. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une première partie (E) sur laquelle sont montés des moyens de fixation pour tenir ladite éprouvette (35), des moyens de guidage en translation pour guider la première partie (E) en translation suivant l'axe principal (P) de l'éprouvette, et des moyens de guidage en rotation pour guider cette première partie (E) en rotation autour de cet axe principal (P). 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens d'entraînement en translation comprennent un organe (28) susceptible d'être entraîné en rotation autour d'un axe de rotation (C) et une bielle (22) dont une première portion d'extrémité est montée pivotante sur une partie (18) desdits moyens de guidage en rotation, et dont la seconde portion d'extrémité est montée pivotante sur un pivot (24) solidaire dudit organe (28), ce pivot étant excentré par rapport audit axe de rotation (C). 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend, 30 en outre, des premiers moyens de réglage pour régler la distance (d) d'éloignement entre le pivot (24) et ledit axe de rotation (C). 5. Machine selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que ladite première partie (E) comprend un premier arbre (4), et 35 en ce que les moyens d'entraînement en rotation comprennent un Il arbre moteur (72), les deux arbres étant reliés entre eux par des moyens d'accouplement élastique (80). 6. Machine selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que lesdits moyens de fixation de l'éprouvette (35) comprennent une pince (34) pour serrer une extrémité de l'éprouvette, la machine comprenant en outre une contre-pointe (40) pour soutenir l'autre extrémité de l'éprouvette. io 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend des deuxièmes moyens de réglage pour régler la position de ladite première portion d'extrémité de la bielle (22) par rapport à ladite partie (18) des moyens de guidage en rotation. 8. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de poussée pour pousser ladite bande (52) contre l'éprouvette (35), au moins un capteur permettant de déterminer la force exercée par lesdits moyens de poussée sur la bande (52), et des moyens pour ajuster la force exercée par lesdits moyens de poussée sur la bande (52) à une valeur prédéterminée. 9. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisées en ce qu'elle comprend, en outre, une unité de commande dont les entrées sont des informations concernant: la vitesse de rotation de l'éprouvette (35), la vitesse de translation de l'éprouvette ou la vitesse de défilement de la bande de papier abrasif (52), et dont les sorties sont des signaux de commande envoyés, aux moyens d'entraînement en translation, aux moyens d'entraînement en rotation ou aux moyens de défilement.