Brevet FR3062325A1 — publié le 20180803

Dispositif d'isolation thermique d'un attachement d'usinage et attachement d'usinage pourvu d'un tel dispositif La présente invention a pour objet un dispositif d'isolation thermique d'un attachement d'usinage destiné à la solidarisation d'un outil d'usinage avec une broche d'une machine-outil, ledit attachement étant du type présentant un corps d'axe de révolution Z dont une première extrémité comporte des moyens de montage dudit outil d'usinage et une seconde extrémité comporte des moyens d'assemblage avec ladite broche, ledit corps étant traversé par un passage d'axe Z, débouchant au niveau de chacune des première et deuxième extrémités, ledit passage étant destiné à la circulation d'un fluide de lubrification entre la machine-outil et ledit outil d'usinage et étant muni, au niveau de ladite première et seconde extrémités, respectivement d'un premier embout de raccordement fluidique avec ledit outil et d'un second embout de raccordement fluidique avec ladite broche. La présente demande concerne par ailleurs un attachement d'usinage pourvu dispositif d'isolation thermique selon l'invention. De manière classique, de nombreuses pièces mécaniques nécessitées par l'industrie sont obtenues par différents procédés d'usinage par enlèvement de matière de divers matériaux, se différenciant les uns des autres par leurs caractéristiques techniques et technologiques spécifiquement adaptées aux applications considérées. La recherche de gains de productivité accrus a mené, ces dernières années, vers une évolution des procédés d'usinage tendant souvent à imposer des conditions de coupe plus sévères, se traduisant notamment par une augmentation des vitesses de coupe et de l'avance, au moins en ce qui concerne les matériaux dont l'usinabilité est d'ores et déjà maîtrisée. 3062325 2 Par ailleurs, certains domaines relevant de technologies de pointe, comme par exemple l'aéronautique, l'aérospatiale, le nucléaire ou également l'automobile, nécessitent pour leur développement de disposer de pièces 5 conçues à partir de matériaux innovants, aux caractéristiques toujours plus performantes, mais dont l'usinage peut se révéler délicat et suppose le respect d'un certain nombre de précautions. A l'instar des procédés mettant en oeuvre des vitesses 10 de coupe importantes ou de ceux destinés au travail de matériaux affectés à la fabrication de pièces pour les domaines de pointe, de nombreux procédés d'usinage par enlèvement de matière s'accompagnent actuellement d'une augmentation des températures aux interfaces de contact 15 entre l'outil d'usinage, la pièce en cours de fabrication, et les copeaux générés par la transformation du bloc de matériau de départ. Ce constat est d'autant plus vrai lorsque le matériau mis en forme est thermiquement réfractaire, c'est le cas notamment des alliages de titane 20 ou des aciers inoxydables. Afin de prévenir les problèmes susceptibles d'être générés lors de la mise en oeuvre des procédés d'usinage par enlèvement de matière classiques et liés à l'augmentation des températures dans la zone de coupe, 25 comme notamment une usure prématurée des outils coupants, une dégradation de l'intégrité de surface de la pièce en cours de fabrication, ainsi que des dispersions géométriques sur le produit final, il a été imaginé de refroidir à une température fortement négative l'ensemble 30 des éléments impliqués, par la mise en oeuvre de lubrifiants cryogéniques, tels que par exemple de l'azote liquide ou du gaz carbonique, dans le circuit de lubrification s'étendant depuis une machine d'usinage vers un outil et une pièce, au travers d'un attachement d'usinage. 35 Par ailleurs, de nouvelles normes environnementales récemment entrées en vigueur ont également incité les 3062325 3 usineurs à recourir à des lubrifiants cryogéniques, plus respectueux de l'environnement, afin de les substituer aux produits de lubrification traditionnels présentant un caractère nocif. 5 Bien que l'usinage cryogénique se soit avéré avantageux aussi bien du point de vue environnemental que pour pallier les problèmes liés aux augmentations de température de coupe évoqués ci-dessus, il a cependant été observé que cette technologie ne donne pas entière 10 satisfaction et ne permet pas toujours d'atteindre les buts escomptés. Ainsi, ont notamment été rapportés des problèmes liés à un refroidissement trop brutal de l'attachement d'usinage, ou encore des problèmes dus à un dépôt de givre 15 important sur l'enveloppe externe de l'attachement de l'outil. Par ailleurs, il a également été observé que l'utilisation de fluide cryogénique est susceptible d'entraîner un collage par le froid du corps de l'attachement de l'outil dans la broche de la machine- 20 outil, ou encore de provoquer une transmission intempestive du froid vers la broche lors d'usinages longs, voire d'importants phénomènes de condensation après utilisation. Ces problèmes non seulement se répercutent inévitablement sur l'intégrité structurelle des pièces 25 impliquées, mais se traduisent également par un inacceptable ralentissement des cadences du fait de difficultés de démontage des attachements collés dans la broche par le dépôt de givre, voire dans le pire des cas par une dégradation géométrique ou mécanique de la broche 30 de la machine-outil. La présente invention a pour objectif de pallier l'ensemble de ces inconvénients en proposant un dispositif d'isolation thermique d'un attachement d'usinage permettant avantageusement de limiter le transfert 35 d'énergie thermique entre le fluide de lubrification et la surface extérieure du corps de l'attachement. Un autre but 3062325 4 de l'invention est de proposer un tel dispositif d'isolation thermique présentant une structure à la fois simple et compatible avec les différentes gammes d'attachements d'usinage disponibles sur le marché 5 actuellement. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif d'isolation thermique d'un attachement d'usinage du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit thermiquement isolé configuré 10 pour être inséré dans ledit passage, et pour accueillir ledit fluide de lubrification. De préférence, le conduit est réalisé en un matériau présentant des propriétés d'isolation thermique et présente une longueur correspondant au moins à la distance 15 comprise entre les premier et second embouts de raccordement. Conformément à une première variante de réalisation, le conduit comporte au moins un premier tube et un second tube. 20 Ces derniers peuvent être reliés entre eux par des premiers moyens d'assemblage de forme complémentaire, et être mobiles en translation l'un par rapport à l'autre selon des directions opposées le long de leur axe de révolution Z. 25 L'invention prévoit par ailleurs que dans cette configuration, les premiers moyens d'assemblage de forme complémentaire comportent des moyens de rappel élastique. Conformément à une caractéristique additionnelle, le premier et/ou le second tube et le premier et/ou le second 30 embout de raccordement fluidique sont reliés entre eux par des moyens d'assemblage de forme complémentaire. La présente invention prévoit également une variante de réalisation dans laquelle le conduit comporte ledit second embout de raccordement fluidique avec lequel il est 35 formé d'un seul tenant. 3062325 5 Dans ce cas, le conduit présente avantageusement une double paroi périphérique comportant un tube interne et un tube externe délimitant entre eux un espace comblé par un moyen d'isolation thermique, ce dernier pouvant être choisi 5 parmi la liste comprenant le vide, une mousse expansive. De préférence, la paroi périphérique du tube externe peut en outre présenter des zones de différentes épaisseurs, ceci pour contribuer encore davantage à l'effet d'isolation thermique du dispositif. 10 Dans cette variante de réalisation, le second embout de raccordement peut également comporter les moyens d'assemblage avec ladite broche. Quelle que soit la variante de réalisation considérée, il est par ailleurs prévu que le conduit est 15 complété par des moyens d'étanchéité et est réalisé en un matériau présentant des propriétés d'isolation thermique choisi parmi la liste comportant le polytétrafluoroéthylène, l'acier inoxydable, le titane, une mousse polyuréthane ou du polystyrène expansé. 20 Par ailleurs, la présente invention concerne également un attachement d'usinage destiné à la solidarisation d'un outil d'usinage avec une broche d'une machine-outil, du type présentant un corps d'axe de révolution Z dont une première extrémité comporte des 25 moyens de montage dudit outil d'usinage et une seconde extrémité comporte des moyens d'assemblage avec ladite broche, ledit corps allongé étant traversé par un passage d'axe Z, débouchant au niveau de chacune des première et deuxième extrémités, ledit passage étant destiné à la 30 circulation d'un fluide de lubrification entre la machine- outil et ledit outil d'usinage et étant muni, au niveau de ladite première et seconde extrémités, d'un premier embout de raccordement fluidique avec ledit outil et d'un second embout de raccordement fluidique avec ladite broche, 35 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'isolation thermique tel que précédemment défini. 3062325 6 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, se rapportant à des exemples de réalisation de l'attachement d'usinage selon l'invention donnés uniquement à titre 5 indicatif et non limitatif. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux dessins joints, dans lesquels : - La figure 1 illustre une vue en perspective d'un attachement d'usinage selon l'invention, de type 10 « ISO DIN », et muni d'une fraise à plaquettes, - La figure 2 illustre une vue semi éclatée de l'attachement d'usinage de la figure 1, équipé d'un conduit thermiquement isolé conforme à une première variante de réalisation, 15 - La figure 3 est une vue en coupe longitudinale de l'attachement d'usinage de la figure 1 équipé du conduit thermiquement isolé de la figure 2, - la figure 4 représente une vue semi éclatée de l'attachement d'usinage de la figure 1, équipé d'un 20 conduit thermiquement isolé conforme à une seconde variante de réalisation, et - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale de l'attachement d'usinage de la figure 1 équipé du conduit thermiquement isolé de la figure 4. 25 En référence aux figures, dans les variantes de réalisation illustrées, l'attachement d'usinage 1 selon l'invention comporte un corps 2 métallique, de forme conique, d'axe de révolution Z, dont une première extrémité 20 comporte des moyens de montage d'un outil d'usinage 3, 30 tel que par exemple une fraise à plaquettes, et une seconde extrémité 21 comporte des moyens d'assemblage avec une broche d'une machine d'usinage (non illustrée). A ce propos, dans la variante de réalisation illustrée, l'attachement d'usinage 1 est de type « ISO DIN» et 35 comporte à cet effet une tirette 4, pourvue d'une extrémité mâle 40 agencée pour coopérer avec une extrémité femelle 3062325 7 (non illustrée) d'un organe de préhension d'une broche d'une machine-outil. Le corps 2 est par ailleurs traversé par un passage 22 d'axe de révolution Z, destiné à la circulation d'un 5 fluide de lubrification depuis la machine-outil vers ledit outil d'usinage 3. Le passage 22 débouche au niveau de chacune des première et deuxième extrémités 20, 21, où il communique respectivement avec un premier embout 7 de raccordement fluidique avec ledit outil 3, et un second 10 embout de raccordement fluidique avec ladite broche, ce dernier étant défini par la tirette 4. Conformément à l'invention, l'attachement d'usinage 1 comporte par ailleurs un conduit thermiquement isolé inséré dans le passage 22, et à l'intérieur duquel circule 15 le fluide de lubrification. Une telle structure permet avantageusement d'éviter les inconvénients précédemment mentionnés, liés à l'utilisation de fluides cryogéniques. Dans la variante de réalisation illustrée aux figures 2 et 3, l'attachement d'usinage 1 est équipé d'un conduit 20 5 réalisé en un matériau présentant des propriétés d'isolation thermique, tel que par exemple le polytétrafluoroéthylène (PTFE), l'acier inoxydable, le titane, une mousse polyuréthane ou polystyrène expansé, ou tout autre matériau équivalent. Ce conduit 5 s'étend sur 25 toute la longueur du passage 22, depuis l'outil 3 jusqu'à la broche de la machine-outil, ses deux extrémités étant insérées respectivement dans le premier embout de raccordement fluidique 7 et la tirette 4. Par ailleurs, dans l'exemple illustré, le conduit 5 comporte un premier 30 tronçon tubulaire 50 et un second tronçon tubulaire 51 reliés entre eux par des premiers moyens d'assemblage de forme complémentaire, et mobiles en translation l'un par rapport à l'autre selon des directions opposées le long de l'axe Z. 35 En fait, tel que visible à la figure 3, le premier tronçon 50 présente une extrémité femelle 52 dans laquelle 3062325 8 est emboîtée une extrémité mâle 53 du second tronçon tubulaire 51. Un ressort de compression 8 est par ailleurs engagé à l'état comprimé autour de l'extrémité mâle 53, entre le premier tronçon 50 et le second tronçon 51. 5 Une telle structure permet de compenser l'effet de rétraction thermique induit par le passage d'un fluide cryogénique sur les pièces constitutives du conduit 5. En effet, une rétraction des premier et second tronçons 50, 51 se traduit par une détente du ressort de compression 8. 10 Ce dernier repousse alors les premiers et second tronçons 50, 51 vers respectivement la première extrémité 20 et la seconde extrémité 21 du corps 2 et donc vers l'outil 3 et la broche de la machine-outil. La longueur du conduit 5 demeure par conséquent constante quelle que soit la 15 température du fluide de lubrification qui le traverse, ce qui permet d'assurer une parfaite étanchéité aux extrémités de cette ensemble isolant. Il convient par ailleurs de noter que plusieurs joints d'étanchéité 9 sont disposés au niveau de la zone 20 d'assemblage entre les premiers et second tronçons 50, 51 de même qu'au niveau des zones de jonction avec l'outil 3 ou avec la broche de la machine-outil. Par ailleurs, dans la variante de réalisation illustrée aux figures 4 et 5, le conduit 6 est également 25 réalisé en un matériau choisi parmi la liste citée ci- dessus pour le conduit 5, de préférence le titane. Il est avantageusement formé d'un seul tenant avec le second embout de raccordement fluidique, qui en l'espèce est défini par ladite tirette 4. 30 En fait, le conduit 6 présente ici une double paroi périphérique comportant une paroi interne 60 et une paroi externe 61, soudées entre elles au niveau de leurs extrémités tandis que le vide est réalisé dans l'espace 62 compris entre les parois interne 60 et externe 62, ce qui 35 permet de contribuer encore davantage à l'effet d'isolation thermique résultant déjà de l'emploi du titane. 3062325 9 Par ailleurs, la paroi périphérique du tube externe 61 présente des zones de différentes épaisseurs permettant d'assurer une plus grande isolation thermique de l'attachement d'usinage 1 aux emplacements correspondants 5 de ce dernier. Il convient en outre de noter que bien que l'invention ait été décrite en lien avec un attachement d'usinage de type « ISO DIN », elle s'applique également à un attachement d'usinage de type « HSK » se différenciant du 10 précédent notamment par la structure des moyens d'assemblage avec une broche d'une machine-outil. REVENDICATIONS1. Dispositif d'isolation thermique d'un attachement d'usinage (1) destiné à la solidarisation d'un outil d'usinage (3) avec une broche d'une machine-outil, du type présentant un corps (2) d'axe de révolution Z dont une première extrémité (20) comporte des moyens de montage dudit outil d'usinage (3) et une seconde extrémité (21) comporte des moyens d'assemblage avec ladite broche, ledit corps (2) étant traversé par un passage (22) d'axe Z, débouchant au niveau de chacune des première et deuxième extrémités (20, 21), ledit passage (22) étant destiné à la circulation d'un fluide de lubrification entre la machine-outil et ledit outil d'usinage (3) et étant muni, au niveau de ladite première et seconde extrémités (20, 21), d'un premier embout de raccordement fluidique (7) avec ledit outil (3) et d'un second embout de raccordement fluidique (4) avec ladite broche, ledit dispositif d'isolation thermique étant caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (5, 6) thermiquement isolé configuré pour être inséré dans ledit passage (22), et pour accueillir ledit fluide de lubrification. 2. Dispositif d'isolation thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conduit (5, 6) est réalisé en un matériau présentant des propriétés d'isolation thermique et présente une longueur correspondant au moins à la distance comprise entre les premier et second embouts de raccordement (7, 4) que comporte ledit attachement d'usinage (1). 3. Dispositif d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit conduit (5, 6) comporte au moins un premier tube (50, 60) et un second tube (51, 61). 4. Dispositif d'isolation thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits premier et second tubes (50, 51) sont reliés entre eux par des premiers moyens d'assemblage de forme complémentaire, et en ce qu'ils 3062325 11 sont mobiles en translation l'un par rapport à l'autre selon des directions opposées le long de leur axe de révolution Z. 5. Dispositif d'isolation thermique selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens 5 d'assemblage de forme complémentaire comportent des moyens de rappel élastique. 6. Dispositif d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le premier et/ou le second tube(s) (50, 51) et le premier et/ou 10 le second embout(s) de raccordement fluidique (7, 4) sont reliés entre eux par des moyens d'assemblage de forme complémentaire. 7. Dispositif d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 15 ledit conduit (6) comporte ledit second embout de raccordement fluidique (4) et est formé d'un seul tenant avec celui-ci. 8. Dispositif d'isolation thermique selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit conduit (6) présente une double paroi périphérique comportant un tube 20 interne (60) et un tube externe (61) délimitant entre eux un espace (62) comblé par un moyen d'isolation thermique. 9. Dispositif d'isolation thermique selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit moyen d'isolation thermique est choisi parmi la liste comprenant le vide, une 25 mousse expansive. 10. Dispositif d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la paroi périphérique du tube externe (60) présente des zones de différentes épaisseurs. 30 11. Dispositif d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que ledit second embout de raccordement (4) comporte les moyens d'assemblage (40) avec ladite broche. 12. Dispositif d'isolation thermique selon l'une 35 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit conduit (5, 6) est pourvu de moyens d'étanchéité (9). 3062325 12 13. Dispositif d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit conduit (5, 6) est réalisé en un matériau présentant des propriétés d'isolation thermique choisi parmi la liste 5 comportant le polytétrafluoroéthylène, l'acier inoxydable, le titane, une mousse polyuréthane ou du polystyrène expansé. 14. Attachement d'usinage (1) destiné à la solidarisation d'un outil d'usinage (3) avec une broche d'une machine-outil, ledit attachement étant du type présentant un corps (2) d'axe 10 de révolution Z dont une première extrémité (20) comporte des moyens de montage dudit outil d'usinage (3) et une seconde extrémité (21) comporte des moyens d'assemblage avec ladite broche, ledit corps (2) étant traversé par un passage (22) d'axe Z, débouchant au niveau de chacune des première et 15 deuxième extrémités (20, 21), ledit passage (22) étant destiné à la circulation d'un fluide de lubrification entre la machine-outil et ledit outil d'usinage (3) et étant muni, au niveau de ladite première et seconde extrémités (20, 21), d'un premier embout de raccordement fluidique (7) avec ledit outil (3) et 20 d'un second embout de raccordement fluidique (4) avec ladite broche, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 inséré dans ledit passage (22). 25