Brevet FR2928572A1 — publié le 20090918

La présente invention concerne une mâchoire d'un dispositif d'usinage par abrasion. Dans le domaine de la finition et de la superfinition d'usinage, il est connu d'enlever de la matière par abrasion, notamment à l'aide d'une toile abrasive. Ce type de procédé d'usinage dit par � toilage � est par exemple utilisé pour usiner des portées cylindriques, notamment des portées de vilebrequins destinées à venir dans les paliers de carter moteur ou dans les paliers de pieds de bielles. On connaît par exemple des documents US 4,682,444 et EP 1 447 172, des dispositifs de toilage par mâchoires enveloppantes, où l'aire de contact toile abrasive/surface à usiner est élevée. Dans un tel dispositif, la lubrification sur la surface à usiner n'est pas homogène. Des microcopeaux tendent à encrasser les parties de la toile abrasive où la lubrification est la moins efficace, c'est-à-dire loin des points de lubrification. Dans ces parties de la toile, l'exploitation du pouvoir abrasif des grains n'est pas complète. Ceci limite les performances du procédé en termes d'enlèvement de matière et de réduction des irrégularités superficielles. Actuellement les tolérances sévères d'état de surface et les spécifications de la forme des composants mécaniques de haute précision, sont obtenues : - en utilisant des quantités importantes d'huile de coupe, en utilisant un système d'arrosage complexe, en limitant significativement l'aire de contact surface/toile abrasive, en utilisant un temps de cycle d'usinage important, et en utilisant un taux de défilement (ou de la valeur de l'indexage après chaque pièce) de la toile abrasive important pour assurer des conditions de coupe plus constantes. MS\RENO26FR.dpt Ces mesures ont pour inconvénients majeurs leurs coûts et notamment : les coûts de production liés à la consommation et à la gestion de l'huile de coupe ; le coût du temps de remplacement de la toile abrasive ; - et le coût de la consommation de la toile abrasive. On connaît du document JP 2004 276122 un dispositif de toilage de portées de vilebrequins dans lequel on utilise deux mâchoires enveloppantes dans lesquelles on fait circuler une bande abrasive. Ces mâchoires présentent chacune cinq évidements dans lesquels, grâce à des systèmes de guidage et de renvoi de la bande, celle-ci n'est pas en contact avec la bande à usiner. On injecte dans ces évidements de l'huile de coupe pour améliorer l'usinage. En conséquence de cette structure l'aire de contact entre la toile et la pièce à usiner est restreinte et le temps d'usinage ,est donc élevé. Le but de l'invention est de fournir une mâchoire de dispositif d'usinage par abrasion obviant aux inconvénients identifiés précédemment et améliorant les mâchoires connues de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose une mâchoire de structure simple améliorant l'usinage : en améliorant l'homogénéité de la lubrification tout en assurant une aire de contact toile abrasive/surface à usiner importante (donc une efficacité élevée du processus d'usinage) ; en augmentant la durée de vie de la toile abrasive ; en nettoyant efficacement et à fréquence importante la toile ; en ciblant, contrôlant et minimisant la consommation d'huile de coupe ; en permettant une inspection de l'état de la toile abrasive. L'invention propose également un procédé d'usinage par abrasion. MS\RENO26FR.dpt 3 Selon l'invention, la mâchoire d'un dispositif d'usinage est destinée à entourer partiellement un arbre pour l'usiner par défilement d'une face abrasive d'une bande sur l'arbre. Elle comprend au moins un premier moyen de guidage de la bande pour appliquer sa face abrasive sur une première portion de l'arbre, un deuxième moyen de guidage de la bande pour appliquer sa face abrasive sur une deuxième portion de l'arbre et un troisième moyen de guidage pour éloigner la bande de l'arbre entre les première et deuxième portions de l'arbre. Elle est caractérisée en ce qu'elle comprend, un moyen pour diriger un premier jet de fluide sur la face abrasive de la bande entre les première et deuxième portions de l'arbre. Le moyen pour diriger un premier jet de fluide sur la face abrasive de la 15 bande entre les première et deuxième portions de l'arbre peut comprendre une buse de projection de fluide réalisée dans une tête. Le moyen pour diriger un premier jet de fluide sur la face abrasive de la bande entre les première et deuxième portions de l'arbre peut 20 comprendre deux buses pour projeter du fluide en deux endroits distincts sur la bande. La mâchoire peut comprendre un moyen pour diriger un deuxième jet de fluide sur une troisième portion de l'arbre intercalée entre les première et 25 deuxième portions de l'arbre. Le moyen pour diriger un deuxième jet de fluide sur l'arbre entre les première et deuxième portions de l'arbre peut comprendre une buse de projection de fluide réalisée dans une tête. 30 Le troisième moyen de guidage peut comprendre des galets de guidage et de renvoi de la bande. MS\RENO26FR.dpt Le dispositif d'usinage peut comprendre au moins une mâchoire définie précédemment. Selon l'invention, le procédé d'usinage par abrasion dans lequel l'enlèvement de matière se fait par défilement d'une face abrasive d'une bande sur un arbre à usiner est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : défilement de la face abrasive sur une première portion de l'arbre, rupture du contact entre la face abrasive et l'arbre, projection, sur la face abrasive de la bande, d'un premier jet de fluide, reprise du contact entre la face abrasive et l'arbre, défilement de la face abrasive sur une deuxième portion de l'arbre. Un deuxième jet de fluide peut être projeté sur une troisième portion de l'arbre intercalée entre les première et deuxième portions. Selon l'invention, un produit, en particulier un vilebrequin, est obtenu par le procédé défini précédemment. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation 25 d'une mâchoire de dispositif d'usinage par abrasion selon l'invention. Les figures 1 et 2 sont des vues en perspective d'un mode de réalisation de mâchoire selon l'invention. 30 La figure 3 est une vue partielle en perspective de ce mode de réalisation de mâchoire. MS\RENO26FR.dpt20 La figure 4 est une vue en perspective d'un exemple de moyens de lubrification de ce mode de réalisation de mâchoire. 5 La figure 5 est un schéma représentatif du fonctionnement de la mâchoire. La mâchoire 100 représentée aux figures 1, 2 et 5 permet l'usinage par abrasion ou le toilage d'arbres cylindriques et notamment l'usinage de finition des portées de tourillons et de manetons de vilebrequins de moteurs thermiques, ceux-ci étant respectivement destinés à venir se loger dans des paliers de carter moteur et de tête de bielle. Elle peut aussi être utilisée pour la réalisation d'autres opérations d'usinage. De tels usinages sont réalisés à l'aide d'un dispositif d'usinage comprenant de préférence plusieurs mâchoires et de préférence deux mâchoires montées symétriquement pour entourer un arbre à usiner. Les fonctions de la mâchoire 100 sont notamment d'appliquer une bande abrasive 10 sur la surface de l'arbre 110 à usiner et de guider cette bande dans son mouvement de défilement sur la surface à usiner. Cette mâchoire 100 comprend un bâti 1 supportant un cadre 2 de fixation d'éléments de mâchoire 3a et 3b. Le bâti présente deux bras 30a et 30b reliés par une barre 31 et sur lesquels sont prévus des moyens d'articulation 7a et 7b. Ces moyens permettent de lier au bâti un cadre 2 par une liaison pivot. Des moyens 8 sont prévus sur le bâti et sur le cadre pour limiter le pivotement du cadre par rapport au bâti du fait de cette liaison pivot. Deux éléments de mâchoire 3a et 3b et un boîtier 4 sont fixés sur ce cadre 2. Un premier élément de mâchoire 3a présente un premier moyen MS\RENO26FR.dpt 120 de guidage de la bande pour appliquer sa face abrasive 21 sur une première portion 140 de l'arbre et un deuxième élément de mâchoire 3b présente un deuxième moyen 130 de guidage de la bande pour appliquer sa face abrasive 21 sur une deuxième portion 150 de il'arbre. Chacun de ces premier et deuxième moyens de guidage comprend par exemple un ou plusieurs sabots 32 rapportés sur l'élément de mâchoire. Ces moyens permettent d'appliquer très précisément la bande abrasive sur la surface de l'arbre à usiner. La première portion 140 de l'arbre s'étend sur un angle a par exemple compris entre 50 et 75°. De même, la deuxième portion 150 de l'arbre s'étend sur un angle y par exemple compris entre 50 et 75°. Entre ces deux portions, une troisième portion de surface d'arbre s'étend sur un angle a. Il n'y a pas de contact entre la bande abrasive et la surface à usiner au niveau de cette troisième portion. En effet, le boîtier 4 représenté à la figure 3 comprend un moyen 160 de guidage pour éloigner la bande de l'arbre entre les première et deuxième portions de l'arbre. Ce moyen comprend par exemple des galets de renvoi 6a, 6b, 6c et 6d en liaison pivot avec le carter de boîtier. Ainsi, la bande mise en mouvement par des moyens d'entraînement non représentés passe sur ces galets qui tournent de manière à ce qu'il n'y ait pas (ou qu'il y ait peu) de glissement à l'interface bande-galets. L'agencement des galets est de nature à assurer une absence de contact entre la bande et la troisième portion d'arbre et mêrne à ménager un espace relativement important entre la bande et l'arbre à usiner à ce niveau. Cet espace est également permis par un évidement 170 prévu entre les éléments de mâchoire 3a et 3b. La fonction de cet espace est multiple : il permet notamment de mettre en place des moyens 5 de nettoyage de la bande et de lubrification de la coupe. Ces moyens 5 de nettoyage et de lubrification sont disposés dans le boîtier 4 et cornprennent une tête d'arrosage 5 représentée à la figure MS\RENO26FR.dpt 7 4. Cette tête d'arrosage comprend des moyens pour diriger des jets de fluide sur la face abrasive de la bande entre les première et deuxième portions de l'arbre. Ces moyens comprennent des buses 12a, 12b de projection d'huile de coupe. Ces buses peuvent par exemple consister en des perçages réalisés sur la tête et débouchant dans une conduite 40 d'huile de coupe reliée à une alimentation en huile de coupe, par exemple une pompe, par un flexible 9. Ces buses sont agencées de manière à ce que les jets d'huile de coupe qui en sont issus viennent directement impacter la face abrasive de la bande comme indiqué par les flèches 41. Ces jets nettoient la bande. En effet, l'impact du jet sur la bande permet d'en décoller certaines particules et microcopeaux collés ou coincés sur la bande entre les grains abrasifs de celle-ci. Sur les figures seules deux buses de nettoyage ont été représentées. Cependant, la tête peut avantageusement comprendre plus de buses. Par exemple les jets d'huile de coupe viennent impacter la face abrasive de la bande au niveau des galets 6c et 6d. Notons que si la même bande abrasive circule clans les deux mâchoires d'un même dispositif d'usinage, elle est nettoyée deux fois. La tête d'arrosage comprend des moyens pour diriger un jet de fluide sur la troisième portion 180 de l'arbre intercalée entre les première 140 et deuxième 150 portions de l'arbre. Ces moyens comprennent une buse 11 de projection d'huile de coupe. Cette buse peut par exemple consister en un perçage réalisé sur la tête et débouchant dans la conduite 40. Cette buse est agencée de manière à ce que le jet d'huile de coupe qui en est issu vienne directement impacter la troisième portion de l'arbre comme indiqué par la flèche 42. Sur les figures, seule une buse de lubrification de coupe a été représentée. Cependant, la tête peut avantageusement comprendre plus de buses de lubrification de coupe. MS\RENO26FR.dpt Les buses de nettoyage et de lubrification de la coupe peuvent être alimentées par un même fluide sous pression comme décrit précédemment. Alternativement, elles peuvent être alimentées par différents moyens à des pressions différentes. Dans ce cas, l'arrosage de nettoyage de la bande peut être mis en oeuvre en l'absence d'arrosage de lubrification de coupe. Ainsi, une opération de nettoyage de la bande peut être effectuée en l'absence d'action d'usinage sans surconsommation d'huile de coupe. Un couvercle est avantageusement réalisé sur le boîtier 4 afin de pouvoir changer et inspecter la toile abrasive plus facilement. La mâchoire décrite précédemment permet de mettre en oeuvre le procédé d'usinage suivant. Dans une première étape, la bande abrasive est mise en contact avec un arbre à usiner par serrage de deux mâchoires autour de cet arbre. Dans une deuxième étape, l'arbre est mis en rotation et la bande est 20 entraînée pour défiler dans la mâchoire. De préférence, une oscillation axiale de l'arbre est aussi mise en oeuvre. Pendant cette étape, des jets d'huile de coupe sont réalisés grâce aux buses précédemment décrites. Dans une troisième étape, les mâchoires sont desserrées et le mouvement de l'arbre est arrêté. 25 Alternativement, la bande peut ne pas se déplacer pendant la deuxième étape. Dans ce cas, celle-ci est entraînée de manière à ce qu'elle défile après chaque étape d'usinage de manière à ce qu'une portion neuve de bande vienne en contact avec l'arbre à usiner lors de l'étape d'usinage 30 suivante. MS\RENO26FR.dpt:15 Si l'on considère un point courant de la bande abrasive au cours du procédé d'usinage, ce point va d'abord arriver en contact avec la première portion 140 d'arbre à usiner, se déplacer le long de cette première portion, dévier de manière à ne plus être en contact avec l'arbre (le long de la troisième portion), être impacté par un ou plusieurs jets d'huile de coupe, revenir au contact de l'arbre à usiner au niveau de la deuxième portion et se déplacer le long de cette deuxième portion. Des variantes possibles de réalisation de mâchoire selon l'invention peuvent porter sur : les modalités d'asservissement de l'huile de coupe dans le système d'arrosage ; - les systèmes de renvoi de la bande abrasive ; les dimensions de l'évidement 170 de la mâchoire. Grâce aux principes de l'invention : arroser la portée à usiner et nettoyer la bande abrasive avec la même huile de coupe, il est possible de mieux gérer la lubrification et le nettoyage de la toile abrasive lors d'une opération de finition par toilage. L'invention permet une lubrification ciblée et contrôlée qui réduit par conséquent la consommation de l'huile. MS\RENO26FR.dpt Revendications : 1. Mâchoire (100) d'un dispositif d'usinage, destinée à entourer partiellement un arbre (110) pour l'usiner par défilement d'une face abrasive (21) d'une bande (10) sur l'arbre, comprenant au moins un premier moyen (120) de guidage de la bande pour appliquer sa face abrasive sur une première portion (140) de l'arbre, un deuxième moyen (130) de guidage de la bande pour appliquer sa face abrasive sur une deuxième portion (150) de l'arbre et un troisième moyen (160) de guidage pour éloigner la bande de l'arbre entre les première et deuxième portions de l'arbre, caractérisée en ce qu'elle comprend, tin moyen (12a, 12b) pour diriger un premier jet de fluide sur la face abrasive de la bande entre les première et deuxième portions de l'arbre. 2. Mâchoire selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moyen (12a, 12b) pour diriger un premier jet de fluide sur la face abrasive de la bande entre les première et deuxième portions de l'arbre comprend une buse (12a, 12b) de projection de fluide réalisée dans une tête (5). 3. Mâchoire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moyen (12a, 12b) pour diriger un premier jet de fluide sur la face abrasive de la bande entre les première et deuxième portions de l'arbre comprend deux buses (12a, 12b) pour projeter du fluide en deux endroits distincts sur la bande. 4. Mâchoire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen (11) pour diriger un deuxième jet de fluide sur une troisième portion (180) de l'arbre intercalée entre les première et deuxième portions de l'arbre. MS\RENO26FR.dpt 10 5. Mâchoire selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moyen (11) pour diriger un deuxième jet de fluide sur l'arbre entre les première et deuxième portions de l'arbre comprend une buse (11) de projection de fluide réalisée dans une tête (5). 6. Mâchoire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le troisième moyen de guidage (160) comprend des galets (6a, 6b, 6c, 6d) de guidage et de renvoi de la bande. 7. Dispositif d'usinage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une mâchoire (100) selon l'une des revendications précédentes. 15 8. Procédé d'usinage par abrasion dans lequel l'enlèvement de matière se fait par défilement d'une face abrasive (21) d'une bande (10) sur un arbre (110) à usiner, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : défilement de la face abrasive sur une première portion (140) 20 de l'arbre, rupture du contact entre la face abrasive et l'arbre, projection, sur la face abrasive de la bande, d'un premier jet de fluide, reprise du contact entre la face abrasive et l'arbre, 25 défilement de la face abrasive sur une deuxième portion (150) de l'arbre. 9. Procédé d'usinage selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'un deuxième jet de fluide est projeté sur une troisième 30 portion (180) de l'arbre intercalée entre les première et deuxième portions. MS\RENO26FR.dpt10 10. Produit, en particulier vilebrequin, obtenu par le procédé de l'une des revendications 8 ou 9. MS\RENO26FR.dpt