Brevet FR3031923A1 — publié le 20160729

Installation de surfaçage comprenant un conduit fluidique débouchant dans un espace central entre des arêtes de coupe, et procédé associé La présente invention concerne une installation de surfaçage, du type comprenant une fraise à surfacer présentant une pluralité d'arêtes de coupe disposées de manière circonférentielle autour d'un espace central. Il est connu de surfacer des pièces pour améliorer leur état de surface. Ce surfaçage est généralement réalisé au moyen d'une installation de surfaçage comprenant une fraise à surfacer, ladite fraise à surfacer étant déplacée parallèlement à une surface de la pièce pendant que la fraise tourne autour d'un axe de rotation sensiblement perpendiculaire à la surface usinée. Les arêtes de coupe de la fraise arrachent une couche superficielle de la surface usinée, éliminant ainsi les éventuelles aspérités et couches oxydées en surface de la pièce. Un autre procédé de surfaçage connu est le surfaçage chimique. A cet effet, un produit chimique corrosif est déposé sur la surface usinée, le reste de la pièce étant protégé au moyen d'un masque. Le produit chimique dissout les couches superficielles, dégageant ainsi les couches inférieures. Toutefois, ces procédés de surfaçage connus ne donnent pas entière satisfaction. Tout d'abord, le surfaçage mécanique au moyen de la fraise à surfacer est susceptible d'engendrer d'importantes vibrations dans la pièce usinée, en particulier lorsque cette pièce est faiblement épaisse. Quant au surfaçage chimique, il est soumis à de lourdes contraintes environnementales rendant son utilisation coûteuse et fastidieuse. Une solution a été proposée pour empêcher la vibration de pièces de faible épaisseur lorsqu'elles sont surfacées mécaniquement. Cette solution consiste en l'utilisation d'un outillage de support de la pièce usinée, ledit outillage comprenant un système d'aspiration permettant de générer une dépression entre la pièce et son support, plaquant ainsi la pièce contre le support. De tels outillages de support sont cependant coûteux, et leur intégration dans des centres d'usinage palettisés peut s'avérer compliquée. Un objectif de l'invention est de permettre le surfaçage de pièces de faible épaisseur à moindre coût, sans engendrer de vibrations dans les pièces surfacées. A cet effet, l'invention a pour objet une installation de surfaçage du type précité, comprenant un conduit fluidique débouchant dans ledit espace central, et une alimentation en fluide raccordée fluidiquement audit conduit fluidique. Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention, l'installation de surfaçage comprend également l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) : 3031923 2 - la fraise à surfacer est montée mobile en rotation autour d'un axe de rotation, et le conduit fluidique comprend un tronçon d'extrémité par lequel le conduit fluidique débouche dans l'espace central, ledit tronçon d'extrémité étant orienté sensiblement parallèlement à l'axe de rotation ; 5 - le tronçon d'extrémité est sensiblement coaxial avec l'axe de rotation ; - le tronçon d'extrémité a une section radiale sensiblement constante, et l'alimentation en fluide comprend une pompe adaptée pour imposer une pression cinétique du fluide en sortie du conduit fluidique telle que le produit de ladite pression par la section radiale du tronçon d'extrémité soit supérieur à 50 N ; 10 - le tronçon d'extrémité a une section radiale sensiblement constante, ladite section radiale étant inférieure à la section radiale du conduit fluidique en tout autre point du conduit fluidique ; - le fluide est un lubrifiant ; et - l'installation de surfaçage comprend une pluralité de canaux de dérivation, 15 chaque canal de dérivation raccordant fluidiquement le conduit fluidique à une arête de coupe. L'invention a également pour objet un procédé de surfaçage d'une pièce, comprenant les étapes simultanées suivantes : usinage d'une surface de la pièce au moyen d'une installation de 20 surfaçage telle que définie ci-dessus, et projection, via le conduit fluidique de l'installation de surfaçage, d'un fluide sous pression sur la surface usiné. Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention, le procédé de surfaçage comprend également l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément 25 ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) : - le fluide sous pression est projeté suivant une direction orientée sensiblement perpendiculairement à la surface usinée ; - la fraise à surfacer exerce un effort de coupe sur la pièce, ledit effort de coupe ayant une composante d'arrachement orientée sensiblement perpendiculairement à la 30 surface usinée, à l'opposé de ladite surface, et la force exercée par l'impact du fluide sous pression sur la surface usinée a une composante de maintien orientée sensiblement perpendiculairement à ladite surface, vers ladite surface, la composante de maintien ayant une valeur supérieure à 50%, par exemple supérieure à 80%, de préférence supérieure à 100%, de la valeur de la composante d'arrachement de l'effort de coupe. 35 3031923 3 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique en coupe d'une installation de surfaçage 5 selon l'invention, - la Figure 2 est une vue schématique en perspective, de dessous, d'une fraise à surfacer de l'installation de surfaçage de la Figure 1, - la Figure 3 est une vue schématique en coupe axiale de la fraise de la Figure 2, - la Figure 4 est une vue schématique de côté en coupe illustrant un procédé de 10 surfaçage au moyen de l'installation de surfaçage de la Figure 1, et - la Figure 5 est une vue schématique de dessus en coupe illustrant un procédé de surfaçage au moyen de l'installation de surfaçage de la Figure 1. L'installation de surfaçage 10 de la Figure 1 comprend un support 11, une fraise à surfacer 12, un mandrin 14 de fixation de la fraise 12, et un système 16 d'entraînement du 15 mandrin 14 en rotation autour d'un axe de rotation X-X' relativement au support 11. La fraise 12 est ainsi montée mobile en rotation autour de l'axe X-X' relativement au support 11 par l'intermédiaire du mandrin 14. L'installation 10 comprend en outre une alimentation en fluide 18, comportant un réservoir de fluide 20 et une pompe 22. Le support 11 définit une surface de support 24 faisant face à la fraise 12. Cette 20 surface de support 24 est de préférence sensiblement plane, et est disposée sensiblement perpendiculairement à l'axe de rotation X-X'. En référence aux Figures 2 et 3, la fraise à surfacer 12 comprend un corps de fraise 30 et une pluralité de plaquettes de coupe 32 fixées sur le corps de fraise 30. Le corps de fraise 30 a une forme générale cylindrique. Il s'étend sensiblement 25 parallèlement à l'axe de rotation X-X' ; en particulier, il est sensiblement coaxial avec l'axe de rotation X-X'. Le corps de fraise 30 comprend un tronçon d'extrémité proximal 34 (Figure 1), par lequel la fraise 12 est fixée au mandrin 14, et un tronçon d'extrémité distal 36, opposé au tronçon d'extrémité proximal 34. Le tronçon d'extrémité distal 36 présente une face distale 30 38, orientée à l'opposé du tronçon d'extrémité proximal 34 et définissant une extrémité axiale distale 40 du corps de fraise 30. La face distale 38 est en particulier incurvée avec une concavité orientée vers l'extérieur du corps de fraise 30. L'extrémité axiale distale 40 est ainsi définie par un bord périphérique de la face distale 38. En outre, la face distale 38 définit un espace concave 35 41, ledit espace concave 41 étant constitué par l'espace entre la face distale 38 et l'extrémité axiale distale 40. 3031923 4 Le tronçon d'extrémité distal 36 présente également une pluralité d'évidements 42 d'évacuation de copaux ménagés à la périphérie du tronçon 36. Chaque évidement d'évacuation 42 débouche dans une face périphérique 44 du corps de fraise 30, et dans la face distale 38. 5 Le tronçon d'extrémité distal 36 présente encore une pluralité de logements 46 de réception des plaquettes 32. Chaque logement 46 débouche dans l'un des évidements d'évacuation 42 et dans la face distale 38. De préférence, chaque logement 46 débouche également, comme représenté, dans la face périphérique 44 du corps 30. Chaque plaquette 32 est disposée dans un logement 46 respectif. Elle est fixée de 10 façon amovible au corps 30, par exemple par une vis. Chaque plaquette 32 présente une face de coupe 47, orientée vers l'évidement 42 dans lequel débouche le logement 46 dans lequel elle est disposée. Chaque plaquette 32 définit une arête de coupe 48. Cette arête de coupe 48 est constituée par une arête de la plaquette 32 définissant un bord de la face de coupe 47. 15 Chaque plaquette 32 est disposée dans son logement 46 de sorte que son arête de coupe 48 dépasse axialement vers l'extérieur du corps 30 par rapport à l'extrémité axiale 40. Chaque plaquette 32 est également disposée de sorte que son arête de coupe 48 soit disposée à la périphérie de la fraise 12. Les arêtes de coupe 48 sont ainsi disposées 20 de manière circonférentielle autour d'un espace central constitué par l'espace concave 41. Chaque plaquette 32 est typiquement en carbure. Selon l'invention, le corps de fraise 30 définit un conduit fluidique interne 50 débouchant dans l'espace concave 41. Ce conduit fluidique 50 est raccordé 25 fluidiquement, par l'intermédiaire du mandrin 14, à l'alimentation en fluide 18. Le conduit fluidique 50 comprend un tronçon principal 52, et un tronçon d'extrémité 54 par lequel le conduit 50 débouche dans l'espace concave 41. Lesdits tronçons 52, 54 sont accolés l'un à l'autre. Le tronçon principal 52 s'étend depuis le tronçon d'extrémité distal 34 jusqu'au 30 tronçon d'extrémité 54. Il est de préférence, comme représenté, sensiblement rectiligne et aligné sur l'axe de rotation X-X'. Le tronçon d'extrémité 54 est rectiligne. Il est orienté sensiblement parallèlement à l'axe de rotation X-X' et est en particulier sensiblement coaxial avec ledit axe de rotation X-X'. 35 Les tronçons 52, 54 ont chacun une section radiale sensiblement constante, la section radiale du tronçon d'extrémité 54 étant inférieure à la section radiale du tronçon 3031923 5 principal. De préférence, la section radiale du tronçon d'extrémité 54 est inférieure à la section radiale du conduit fluidique 50 en tout autre point du conduit fluidique 50. Dans l'exemple représenté, le corps de fraise 30 définit également une pluralité de canaux de dérivation 56, chaque canal de dérivation 56 raccordant fluidiquement le 5 conduit fluidique 50 à l'une des arêtes de coupe 48. En particulier, chaque canal de dérivation 56 débouche, à une première extrémité, dans le tronçon principal 52 du conduit fluidique 50 et, à son extrémité opposée, dans un évidement d'évacuation 42, en particulier dans le fond dudit évidement 42, le canal 52 étant dirigé vers l'arête de coupe 48 de la plaquette 32 logée dans le logement 46 débouchant dans ledit évidement 42. 10 De retour à la Figure 1, le mandrin 14 comprend une cloche 60 définissant une chambre 62 de réception du tronçon d'extrémité proximal 34 de la fraise 12, et un arbre 64 s'étendant depuis la cloche 60 à l'opposé de la chambre 62, sensiblement coaxial à l'axe de rotation X-X'. Le mandrin 14 définit par ailleurs un conduit de raccordement fluidique 68, débouchant dans un fond 66 de la chambre 62 par un orifice (non 15 représenté), disposé de préférence de sorte à être sensiblement aligné avec le conduit fluidique 50 lorsque la fraise 12 est fixée au mandrin 14. La fraise 12 est maintenue en position dans la cloche 60 par frettage ou par serrage mécanique contre la paroi latérale 67 de la cloche 60. Le contact entre le tronçon d'extrémité proximal 34 et cette paroi 67 assure ainsi une étanchéité parfaite entre la 20 fraise 12 et le fond 66 de la chambre 62 de sorte que, lorsqu'un fluide est injecté dans la chambre 62 par le conduit de raccordement 68, ce fluide ne peut s'échapper de la chambre 62 que par le conduit fluidique 50. Le système d'entraînement 16 est typiquement constitué par un moteur électrique dont le rotor est cinématiquement lié au mandrin 14 de sorte que la rotation du rotor 25 autour de son axe entraîne la rotation du mandrin 14 autour de l'axe de rotation X-X'. Le réservoir de fluide 20 contient un fluide 70. Ce fluide 70 est de préférence un lubrifiant, adapté pour réduire l'usure des arêtes de coupe 48 lorsqu'il est interposé entre les arêtes de coupe 48 et une pièce à usiner. La pompe 22 est raccordée fluidiquement au réservoir 20 et au conduit de 30 raccordement 68. Elle est adaptée pour pomper le fluide 70 contenu dans le réservoir 20 et propulser ce fluide 70 dans le conduit de raccordement 68, de sorte que ledit fluide 70 alimente le conduit fluidique 50 et soit projeté hors de la fraise à surfacer 12 par l'intermédiaire du tronçon d'extrémité 54 et par les canaux 56. Pour une fraise de 32 mm de diamètre destinée à surfacer une pièce en titane 35 selon un angle de coupe de 6°, la pompe 22 est de préférence adaptée pour imposer une pression cinétique du fluide 70 en sortie du conduit fluidique 50 telle que le produit de 3031923 6 ladite pression par la section radiale du tronçon d'extrémité 54 soit supérieur à 50 Newton. Un procédé de surfaçage d'une pièce 72 au moyen de l'installation 10 va maintenant être décrit, en référence aux Figures 4 et 5. 5 Tout d'abord, la pièce 72 est fournie. Cette pièce 72 est ensuite placée sur la surface de support 24. Puis la surface 74 de la pièce 72 opposée à la surface de support 24 est usinée au moyen de l'installation 10. A cet effet, la fraise 12 est mise en rotation autour de l'axe X-X' et est approchée du support 11 suivant l'axe X-X' jusqu'à être à une distance prédéterminée de la surface de support 24, ladite distance étant inférieure à 10 l'épaisseur de la pièce 72, prise perpendiculaire à la surface de support 24. Une fois la fraise 12 positionnée à ladite distance prédéterminée, elle entame un déplacement suivant une direction sensiblement parallèle à la surface de support 24. La fraise 12 étant à une distance de de la surface de support 24 inférieure à l'épaisseur de la pièce 72, il en résulte que les arêtes de coupe 48 se trouvent localisées 15 dans l'épaisseur de la pièce 72. Pour pouvoir se déplacer elles doivent vaincre la résistance du matériau constituant la pièce 72, et à cet effet doivent exercer sur ce matériau un effort de coupe É, dont la valeur E est donnée par la formule connue E =kexf xap, où kc est la pression spécifique de coupe, fonction du matériau constituant la pièce 72, f est l'avance de la fraise 12, c'est-à-dire la distance de 20 déplacement de l'axe de rotation X-X' parallèlement à la surface 24 à chaque tour de la fraise 12 autour de l'axe de rotation X-X', et ap est la profondeur de passe, c'est-à-dire la différence entre l'épaisseur de la pièce 72 et la distance de la fraise 12 à la surface de support 24. Sous l'effet de cet effort de coupe É, les arêtes de coupe 48 arrachent une partie d'une couche superficielle de la pièce 72, libérant ainsi un espace pour le 25 déplacement des arêtes de coupe 48. L'effort de coupe É comprend une composante d'arrachement Â orientée sensiblement perpendiculairement à la surface usinée 74. Cette composante d'arrachement Â, dirigée à l'opposé du support 11, est en grande partie responsable, dans les installations de surfaçage connues, de la mise en vibration de la pièce usinée. La 30 valeur A de cette composante d'arrachement Â est donnée par la formule connue A= sin(a) x E, où a est l'angle d'incidence qui est formé entre l'axe X-X' et la face de coupe 46 dont l'arête 48 définit un bord. De façon à empêcher le soulèvement de la pièce 72 pendant son surfaçage, le fluide 70 est projeté sous pression sur la surface usinée 74, via le conduit fluidique 50, 35 simultanément à l'usinage de ladite surface 74. A cet effet, la pompe 22 est activée de 3031923 7 façon à pomper le fluide 70 dans le réservoir 20 et le propulser dans le conduit de raccordement 68. Ensuite, le fluide 70 coule dans le conduit de raccordement et pénètre dans le conduit 50, d'où il s'échappe finalement par l'intermédiaire du tronçon d'extrémité 54 et des canaux 56. Le tronçon d'extrémité 54 étant orienté sensiblement parallèlement 5 à l'axe X-X', c'est sensiblement perpendiculairement à la surface usinée 74 que le fluide 70 est projeté sur la surface usinée 74. L'impact du fluide 70 sur la surface usinée 74 exerce ainsi une force sur ladite surface, ladite force ayant une composante de maintien M. orientée sensiblement perpendiculairement à la surface 74, vers la surface 74. Cette composante de maintien M 10 s'oppose ainsi à la composante d'arrachement Â et contribue à réduire le soulèvement de la pièce usinée 72, et donc la vibration de la pièce usinée 72. Une baisse sensible des vibrations a été observée pour des valeurs de la composante de maintien M supérieures à 50% de la valeur de la composante d'arrachement À. Cependant, pour des résultats plus satisfaisants, il est préférable que la valeur de la composante de maintien M soit 15 supérieure à 80%, avantageusement supérieure à 100%, de la valeur de la composante d'arrachement À. On notera que, dans la mesure où le fluide 70 est projeté sur la surface usinée 74 sensiblement perpendiculairement à ladite surface 74, la force exercée par l'impact du fluide 70 sur la surface usinée 74 est constituée par la composante de maintien M, celle-ci 20 ayant une valeur M sensiblement égale /3, x S, où Pc est la pression cinétique du fluide 70 en sortie du conduit fluidique 50, et S est la section radiale du tronçon d'extrémité 54. Pour limiter les vibrations dans la pièce usinée 72, on veillera donc à ce que la pompe 22 impose une pression suffisante dans le conduit fluidique 50 pour que la condition suivante soit respectée : xS K x sin(a) x lc, x f x ap, avec K égal à 0,5, 0,8 ou 1. 25 Ainsi, grâce à l'invention, il est possible de limiter les vibrations dans la pièce usinée lors de son surfaçage, et ce à moindre coût puisque le procédé de surfaçage ne nécessite pas de mettre en place des mesures de sécurité environnementale particulières. En outre, les installations existantes peuvent être facilement adaptées pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention puisque, hormis le corps de fraise 30, qui 30 doit être spécifiquement conçu, les autres éléments de l'installation 10 sont des éléments standards que l'on rencontre couramment dans les installations de surfaçage existantes. Par ailleurs, le procédé de surfaçage selon l'invention présente comme avantage supplémentaire le fait que, du fait de l'injection d'un fluide sous pression dans l'espace central 41 défini entre les arêtes de coupe 48, les copeaux résultant de l'usinage de la 35 surface usinée 74 sont chassés à la périphérie de la fraise 12. Les risques pour qu'un 3031923 8 copeau se coince entre la fraise 12 et la surface usinée 74, ce qui serait susceptible d'endommager la fraise 12 et/ou la pièce usinée 74, sont donc fortement réduits. On notera que l'invention n'est pas limitée au seul mode de réalisation décrit ci-dessus, et que de nombreuses sont possibles. En particulier, bien qu'il ait été décrit que 5 les arêtes de coupe 48 étaient définies par des plaquettes 32 rapportées sur le corps de fraise 30, les arêtes de coupe 48 peuvent en variante être définies directement par le corps de fraise 30, la fraise 12 étant alors constituée par le seul corps de fraise 30. Il est également envisageable que le conduit fluidique 50 ne soit pas défini par le corps de fraise 30, mais par un appendice du mandrin 14 s'étendant axialement au travers du 10 corps de fraise 30. 15 REVENDICATIONS1.- Installation de surfaçage (10), comprenant une fraise à surfacer (12) présentant une pluralité d'arêtes de coupe (48) disposées de manière circonférentielle autour d'un espace central (41), caractérisée en ce que l'installation de surfaçage (10) comprend un conduit fluidique (50) débouchant dans ledit espace central (41), et une alimentation (18) en fluide (70) raccordée fluidiquement audit conduit fluidique (50). 2.- Installation de surfaçage (10) selon la revendication 1, dans laquelle la fraise à surfacer (12) est montée mobile en rotation autour d'un axe de rotation (X-X'), et le conduit fluidique (50) comprend un tronçon d'extrémité (54) par lequel le conduit fluidique (50) débouche dans l'espace central (41), ledit tronçon d'extrémité (54) étant orienté sensiblement parallèlement à l'axe de rotation (X-X'). 3.- Installation de surfaçage (10) selon la revendication 2, dans laquelle le tronçon d'extrémité (54) est sensiblement coaxial avec l'axe de rotation (X-X'). 4.- Installation de surfaçage (10) selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le tronçon d'extrémité (54) a une section radiale sensiblement constante, et l'alimentation en fluide (18) comprend une pompe (22) adaptée pour imposer une pression cinétique du fluide (70) en sortie du conduit fluidique (50) telle que le produit de ladite pression par la section radiale du tronçon d'extrémité (54) soit supérieur à 50 N. 5.- Installation de surfaçage (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans laquelle le tronçon d'extrémité (54) a une section radiale sensiblement constante, ladite section radiale étant inférieure à la section radiale du conduit fluidique (50) en tout autre point du conduit fluidique (50). 6.- Installation de surfaçage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le fluide (70) est un lubrifiant. 7.- Installation de surfaçage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité de canaux de dérivation (56), chaque canal de dérivation (56) raccordant fluidiquement le conduit fluidique (50) à une arête de coupe (48). 8.- Procédé de surfaçage d'une pièce (72), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes simultanées suivantes : usinage d'une surface (74) de la pièce (72) au moyen d'une installation de surfaçage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et projection, via le conduit fluidique (50) de l'installation de surfaçage (10), d'un fluide sous pression (70) sur la surface usinée (74). 3031923 10 9.- Procédé de surfaçage selon la revendication 8, dans lequel le fluide sous pression (70) est projeté suivant une direction orientée sensiblement perpendiculairement à la surface usinée (74). 10.- Procédé de surfaçage selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la fraise à 5 surfacer (12) exerce un effort de coupe (É) sur la pièce (72), ledit effort de coupe (É) ayant une composante d'arrachement (Â) orientée sensiblement perpendiculairement à la surface usinée (74), à l'opposé de ladite surface (74), et la force exercée par l'impact du fluide sous pression (70) sur la surface usinée (74) a une composante de maintien (M) orientée sensiblement perpendiculairement à ladite surface (74), vers ladite surface (74), 10 la composante de maintien (M) ayant une valeur supérieure à 50%, par exemple supérieure à 80%, de préférence supérieure à 100%, de la valeur de la composante d'arrachement (Â) de l'effort de coupe (É).