Brevet FR3001907A1 — publié le 20140815

- 1 - PROCEDE ET INSTALLATION POUR L'OBTENTION D'UN ABRASIF RECONSTITUE POUR L'USINAGE PAR FLUIDE PORTEUR HYPERBARE DESCRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé d'obtention d'un abrasif destiné à être mélangé à un fluide porteur et à être projeté, à très grande vitesse, sur une matière en vue de la percer, la découper, de la surfacer ou de modifier sa structure moléculaire et ses propriétés. Elle concerne également une installation pour la mise en oeuvre dudit procédé. EXPOSE DE L'ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE La technique antérieure a proposé de nombreux procédés et/ou installations ayant recours à l'usage d'abrasifs et de fluides porteurs pour usiner, par érosion, des matières de natures différentes. Le mélange abrasif-fluide s'effectue généralement dans une chambre de mélange pourvue d'une buse d'entrée de fluide porteur à très haute pression (plusieurs milliers de bars), d'une entrée d'abrasif et d'air et d'un canon de focalisation au travers duquel passe le mélange obtenu pour être ensuite projeté à très haute vitesse (de l'ordre de 500 m/s) sur la matière à travailler. Le résultat de l'action du jet abrasif dépend généralement de plusieurs composantes ou paramètres : - la pression du fluide qui est contrôlable ; - le débit du fluide qui est également contrôlable ; - la nature de l'abrasif qui est choisie ; - l'efficience de l'abrasif qui est mesurable mais qui est irrégulière et dont la répartition granulométrique n'est pas connue et encore moins catégoriée ; - le débit d'abrasif qui est également contrôlable. Les fluides communément utilisés sont essentiellement l'eau et l'azote en phase liquide. Les abrasifs utilisés sont d'origine naturelle ou synthétique. Ils sont généralement choisis parmi les grenats, les corindons ou l'olivine. Les grenats utilisés proviennent directement d'une source « naturelle » alluvionnaire ou minière. Ce sont des produits naturels dont la granulométrie bien que connue varie suivant les conditions de production. De plus, l'abrasif, quand il est stocké, a tendance à se sédimenter et sa répartition granulométrique au moment de l'utilisation n'est pas garantie homogène. La technologie actuellement utilisée dans une majorité d'installations utilise un flux d'abrasif dont le débit massique est fixe (débit contrôlé par un orifice calibré éventuellement échangeable). Depuis plusieurs années sont apparus des distributeurs d'abrasif à débit réglable qui, asservis à la commande numérique ou bien réglables indépendamment, permettent d'adapter le débit d'abrasif au contexte de travail (matériau/épaisseur/qualité recherchée/taux de dépouille recherché). Pour ceux asservis à la commande numérique, certains adaptent le débit à la phase de travail (perçage/coupe/surfaçage). Sur la base d'un abrasif donné, on adapte ainsi la quantité d'abrasif afin d'obtenir un outil spécifique à l'environnement de travail. La granulométrie de l'abrasif s'exprime en MESH (nombre de mailles du tamis/pouce) ou en pm (taille des particules, les plus grandes passant au travers du tamis). La quasi-totalité des installations (plus de 99 %) utilisent un seul type de grenat dans une seule granulométrie (80 ou 120 Mesh). De très rares installations utilisent les deux granulométries et alternent leur utilisation en fonction des travaux. La répartirions granulométrique n'est à ce jour jamais prise en compte car non maitrisée et réputée non discriminante, des études récentes ont démontré le contraire et ce dans des proportions significatives (dans des conditions expérimentales identiques). En outre, il a été également constaté que : - plus les abrasifs sont fins, bien évidemment jusqu'à une certaine limite, plus le mélange fluide-abrasif est efficace (énergie cinétique des particules à l'impact plus élevée) ; - plus la granulométrie initiale est élevée, bien évidemment à l'intérieur d'une classe moyenne, plus le nombre de particules intactes en fin de processus de mélange et d'accélération est grande ; - la probabilité de fissuration des particules dépend également de la structure du grain, de leur nombre et de la répartition des défauts (microfissures, dislocations,...). En conclusion, il ressort que la répartition dimensionnelle des grains (granularité) a un impact direct sur l'efficience du travail et qu'à chaque type de travail (nature et épaisseur matériau/objectif recherché) correspond une répartition granulométrique optimum (pour un type d'abrasif donné). Malheureusement, tous ces paramètres n'ont jamais été exploités et encore moins catégoriés dans les processus d'usinage par fluide haute pression porteur de particules abrasives. RESUME DE L'INVENTION L'invention vise à mettre en oeuvre un procédé au moyen d'une installation qui va exploiter de manière ciblée ces diverses caractéristiques. Elle s'applique à toutes les variantes de mélanges fluide/abrasif quel que soit le fluide et quel que soit l'abrasif utilisés. À partir de stocks indépendants d'abrasifs, obtenus par fractionnement de la courbe granulométrique, présentant chacun un intervalle de granularité bien connu, on reconstitue un abrasif présentant la répartition granulométrique et la quantité globale optimum définies par dosage en temps réel de chacune des classes disponibles et ce ne tenant compte toujours en temps réel de la phase de coupe et du résultat recherché. Une classe peut se définir à la fois par référence à un abrasif donné (d'origine ou de nature différente) et/ou par l'intervalle granulométrique. En multipliant des classes on peut affiner la composition et la courbe granulométrique de l'abrasif reconstitué et donc affiner la composante « abrasif » de l'outil en jouant sur la courbe granulométrique. Cette recomposition peut être effectuée avec ou non apport d'un ou de plusieurs additifs. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, le procédé d'obtention d'un abrasif destiné à être mélangé à un fluide porteur et à être projeté, à très grande vitesse, sur une matière en vue de la percer, la découper ou la surfacer, consiste : a) à obtenir, par tamisage de l'abrasif utilisé, au moins deux classes possédant, chacune, une répartition granulométrique distincte bien définie ; b) à les mélanger dans des proportions respectives bien définies ; sachant que la répartition granulométrique de chaque classe et leurs pourcentages respectifs sont définis en fonction du travail de perçage, de découpe ou de surfaçage à effectuer, de la nature et de l'origine de l'abrasif, de la nature de la matière à usiner et des conditions liées à la nature du fluide, à sa pression et au débit mis en oeuvre. Le nombre et la largeur de classes peuvent bien évidemment couvrir toute l'étendue de la courbe granulométrique sachant que plus le nombre de classes est élevé plus on pourra adapter l'abrasif reconstitué au but recherché. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'Installation pour la mise en oeuvre dudit procédé comporte, en amont de la tête de mélange abrasif-fluide : - au moins deux moyens de stockage conçus pour contenir, chacun, une classe d'abrasif bien définie ; - au moins deux moyens de dosage conçus pour délivrer, chacun, la quantité d'abrasif à mélanger ; - un moyen de mélange conçu pour obtenir un mélange homogène des quantités d'abrasif délivrées par lesdits doseurs. Les moyens de stockage, de dosage et de mélange peuvent être actionnés : - soit par un dispositif de commande numérique associé (ensemble indépendant) ; - soit par la commande numérique du système de mélange abrasif-fluide (ensemble intégré). Le procédé selon l'invention présente les avantages résultant du fait que l'abrasif est reconstitué au moyen d'un nombre de classes bien définies dont le choix qualitatif et quantitatif est adapté à l'application considérée. Il permet : a) un gain d'efficacité de travail en adaptant la composition à chaque type d'opération (perçage, découpe, surfaçage) ; b) un gain économique en diminuant la quantité globale d'abrasif nécessaire et les pertes par déformation des particules (obtention d'un meilleur recyclage et d'une plus grande efficacité de celles-ci) ; c) de mieux pérenniser les ressources (écologie) entre autre en reconditionnant de l'abrasif déjà utilisé et en profitant de cette opération pour obtenir directement des classes définies de matériaux. PRESENTATION DES FIGURES Les caractéristiques et les avantages de l'invention vont apparaître plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'au moins un mode de réalisation préféré de celle-ci donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 représente la courbe granulométrique d'un abrasif avec, en abscisses, les côtés dl à dn du tamis et, en ordonnées, les refus cumulés en pourcentage de poids, ladite figure mettant également en évidence, de manière non limitative, le partage de ladite courbe en N classes A, B et C granulométriques (N=3 dans l'exemple cité) couvrant la répartition globale dl-dn ; -5 - la figure 2 représente, schématiquement, de manière non limitative, l'installation adaptée au cas particulier de la figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé d'obtention d'un abrasif destiné à être mélangé à un fluide porteur et à être projeté, à très grande vitesse, sur une matière en vue de la percer, la découper ou la surfacer. L'abrasif utilisé possède une répartition dimensionnelle dl -dn des grains bien définie. Le mélange abrasif-fluide s'effectue généralement dans une chambre pourvue d'une buse d'entrée de fluide porteur haute pression, d'une double entrée abrasif-air et d'un canon de focalisation par lequel le mélange obtenu est projeté sur la matière à usiner. Le procédé selon l'invention consiste : a) à obtenir, par tamisage de l'abrasif utilisé, au moins deux classes, par exemple A et B, possédant, chacune, une répartition granulométrique distincte, par exemple dl -d3 et d3-d4, bien définie ; b) à les mélanger dans des proportions respectives, par exemple A% et B%, bien définies ; sachant que la répartition granulométrique de chaque classe et leurs pourcentages respectifs sont définis en fonction du travail de perçage, de découpe ou de surfaçage à effectuer, de la nature et de l'origine de l'abrasif, de la nature de la matière à usiner et des conditions liées à la nature du fluide, à sa pression et au débit mis en oeuvre. Selon un autre exemple de réalisation de l'invention, le procédé consiste : a) à obtenir, par tamisage de l'abrasif utilisé, un nombre de classes, par exemple A, B et C, possédant, chacune, une répartition granulométrique distincte, par exemple dl - d3, d3-d4 et d4-dn, bien définie et couvrant toute la répartition dimensionnelle dl -dn dudit abrasif ; b) à les mélanger dans des proportions respectives, par exemple A%, B% et C%, bien définies ; sachant que la répartition granulométrique de chaque classe et leurs pourcentages respectifs sont définis en fonction du travail de perçage, de découpe ou de surfaçage à effectuer, de la nature et de l'origine de l'abrasif, de la nature de la matière à usiner et des conditions liées à la nature du fluide, à sa pression et au débit mis en oeuvre. Un écrêtage haut et bas peut également être effectué pour éliminer les particules trop fines ou trop grossières. Le procédé selon l'invention consiste également à ajouter des additifs choisis parmi : - des matières colorantes ou durcissantes ; - un fluide cryogène ou des nanoparticules ; eux même dosés par des dispositifs adéquats. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la figure 1, comporte, de manière non limitative, en amont de la tête de mélange abrasif-fluide : - au moins deux moyens de stockage (S1) et (S2) conçus pour contenir, chacun, une classe d'abrasif bien définie, par exemple d1-d3, d3-d4 ou d4-dn ; - au moins deux moyens de dosage (D1 et (D2) conçus pour délivrer, chacun, la quantité d'abrasif à mélanger, par exemple A%, B% ou C% ; - un moyen de mélange (M) conçu pour obtenir un mélange homogène des quantités d'abrasif délivrées par lesdits doseurs. Le moyen de mélange peut être constitué d'un bac associé à un dispositif de brassage. Les moyens de stockage, de dosage et de mélange peuvent être actionnés : - soit par un dispositif de commande numérique associé (système indépendant) ; - soit par la commande numérique du système de mélange abrasif-fluide (système intégré). L'installation peut comporter, en amont des moyens de stockage, un moyen de criblage conçu pour alimenter directement lesdits moyens de stockage. Cette particularité permet de s'affranchir de l'obligation d'achat et de stockage de plusieurs classes d'abrasifs. L'installation peut comporter, en amont du moyen de criblage, un moyen de recyclage conçu pour transférer, après nettoyage, dans ledit moyen de criblage, les particules d'abrasif utilisées. Initialement conçu pour être exploité dans le perçage, la découpe et le surfaçage de matériaux divers, le procédé selon l'invention pourra voir son application étendue à d'autres domaines d'applications. Bien entendu, l'homme de métier sera apte à réaliser l'invention telle que décrite et représentée en appliquant et en adaptant des moyens connus sans qu'il soit nécessaire de les décrire ou de les représenter. Il pourra également prévoir d'autres variantes permettant de conduire au même résultat sans pour cela sortir du cadre de l'invention tel que déterminé par la teneur des revendications. REVENDICATIONS1- Procédé d'obtention d'un abrasif reconstitué destiné à être mélangé à un fluide porteur et à être projeté, à très grande vitesse, sur une matière en vue de la percer, de la découper, de la surfacer ou de modifier sa structure moléculaire et ses propriétés ; l'abrasif utilisé ayant une répartition dimensionnelle dl-dn des grains bien définie ; le mélange abrasif-fluide s'effectuant dans une chambre pourvue d'une buse d'entrée de fluide porteur haute pression, d'une entrée abrasif-air et d'un canon de focalisation au travers duquel passe le mélange obtenu pour être ensuite projeté sur la matière à usiner ; caractérisé en ce qu'il consiste : a) à obtenir, par tamisage de l'abrasif utilisé, au moins deux classes, A et B, possédant, chacune, une répartition granulométrique distincte bien définie, dl -d3 pour la classe A et d3-d4 pour la classe B ; b) à les mélanger dans des proportions respectives A% et B%, bien définies ; sachant que la répartition granulométrique de chaque classe et leurs pourcentages respectifs sont définis en fonction du travail de perçage, de découpe ou de surfaçage à effectuer, de la nature et de l'origine de l'abrasif, de la nature de la matière à usiner et des conditions liées à la nature du fluide, à sa pression et au débit mis en oeuvre. 2- Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste : a) à obtenir, par tamisage de l'abrasif utilisé, un nombre de classes possédant, chacune, une répartition granulométrique distincte bien définie et couvrant toute la répartition dimensionnelle dl-dn dudit abrasif ; b) à les mélanger dans des proportions respectives bien définies ; sachant que la répartition granulométrique de chaque classe et leurs pourcentages respectifs sont définis en fonction du travail de perçage, de découpe ou de surfaçage à effectuer, de la nature et de l'origine de l'abrasif, de la nature de la matière à usiner et des conditions liées à la nature du fluide, à sa pression et au débit mis en oeuvre. 3- Procédé, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter des additifs choisis parmi des matières colorantes ou durcissantes. 4- Procédé, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter des additifs choisis parmi un fluide cryogène ou des nanoparticules. 5- Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte, en amont de la tête de mélange abrasif-fluide :- au moins deux moyens de stockage (SI) et (S2) conçus pour contenir, chacun, une classe d'abrasif bien définie ; - au moins deux moyens de dosage (Dl et (D2) conçus pour délivrer, chacun, la quantité d'abrasif à mélanger ; - un moyen de mélange (M) conçu pour obtenir un mélange homogène des quantités d'abrasif délivrées par lesdits doseurs. 6- Installation, selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de stockage, de dosage et de mélange sont actionnés par un dispositif de commande numérique associé. 7- Installation, selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de stockage, de dosage et de mélange sont actionnés par la commande numérique du système de mélange « abrasif-fluide ». 8- Installation, selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'il comporte, en amont des moyens de stockage, un moyen de criblage conçu pour alimenter directement lesdits moyens de stockage. 9- Installation, selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'il comporte, en amont du moyen de criblage, un moyen de recyclage conçu pour transférer, après usage, les particules d'abrasif dans ledit moyen de criblage.