Brevet FR3064510A1 — publié le 20181005

- 1 - Domaine technique La présente invention concerne le domaine général du malaxage, et plus particulièrement un dispositif porte-outil 5 pour une machine-outil, par exemple, du type machine-outil de malaxage. Technique antérieure Dans le domaine des traitements de surface, on connait 10 bien le malaxage. Cette technique consiste à monter un outil dans un mandrin et à solidariser l'ensemble sur la tête d'une machine-outil de malaxage de sorte à faire tourner l'ensemble en appui contre une surface métallique à traiter, tout en exerçant un effort normal à ladite surface. La face inférieure 15 de l'outil peut être de toute forme telle que plane, convexe, concave, ou encore chanfreinée. L'outil qui est au contact de la surface à traiter est ensuite déplacé orthogonalement à l'axe de rotation. Il en résulte une transformation de la surface contre laquelle l'outil a été appliqué. En général, 20 la taille des grains du matériau métallique est alors réduite et la dureté de ladite surface est augmentée. Si la vitesse de rotation et la vitesse de déplacement sont des paramètres faciles à contrôler, il est en revanche beaucoup plus délicat de contrôler l'effort appliqué par les 25 mandrins porte-outils existants. En effet, sur les machines-outils de malaxage actuelles, les mandrins porte-outils, qui assurent une position fixe de l'outil par rapport à la broche, ont une rigidité importante, cette dernière étant classiquement mise 30 en avant par les constructeurs de machines-outils. Ce surcroît de rigidité a une incidence non négligeable sur le prix de revient total de la machine-outil de malaxage. Toutefois, la rigidité des mandrins porte-outils pose deux problèmes. Tout d'abord, pour avoir un effort constant, ESTA01-FR-1 TEXTE DEPOSE RG/AG 3064510 - 2 - il faut arriver à suivre la surface à traiter avec une précision importante. En effet, une variation, par exemple, de 0,01 millimètres de la hauteur de la surface malaxée pourrait entraîner une variation de près de 20000 N de l'effort appliqué par un outil malaxeur en céramique de 10 millimètres de diamètre dépassant de 10 millimètres du mandrin. Heureusement, la variation de hauteur est absorbée par la déformation globale de la machine-outil, mais il résulte toutefois que l'effort appliqué est mal contrôlé. D'autre part, lors de l'opération de malaxage, le mandrin et l'outil s'échauffent ce qui a pour effet une dilatation notamment de l'outil ce qui entraîne une variation de sa longueur et donc de la distance entre la surface et l'outil entraînant elle-même une variation de l'effort. Exposé de l'invention Le but de la présente invention est donc de pallier les inconvénients précédemment cités et de présenter une alternative aux mandrins porte-outils connus pour machines-20 outils ou machines de malaxage, plus léger, fiable, facile à fabriquer et à mettre en oeuvre sur lesdites machines-outils. Conformément au premier objet de l'invention, il est donc proposé un dispositif porte-outil pour machine-outil, remarquable en ce qu'il comporte au moins : 25 - un mandrin principal creux agencé pour être solidarisé sur une machine-outil, - un mandrin secondaire inséré au moins en partie, par l'une de ses extrémités, dans la partie inférieure dudit mandrin principal de sorte à pouvoir coulisser axialement, 30 sans rotation, le long de l'axe longitudinal de ce dernier et à l'intérieur de limites prédéterminées, ledit mandrin secondaire étant agencé pour maintenir serré un outil malaxeur du côté de son extrémité libre, - une chambre étanche contenant du gaz sous pression et ESTA01-FR-1 TEXTE DEPOSE RG/AG 3064510 - 3 - disposé en partie supérieure dudit mandrin principal, et - une membrane élastiquement deformable fixée de manière étanche à l'intérieur dudit mandrin principal entre la chambre et le mandrin secondaire, la membrane étant en 5 contact d'un côté avec le gaz sous pression et de l'autre avec le mandrin secondaire. Le mandrin secondaire est de préférence du type mandrin a pinces. De manière avantageuse, la chambre est alimentée en gaz 10 sous pression par un orifice aménagé dans la partie supérieure ou latérale du mandrin principal et débouchant d'un côté à l'extérieur de ce dernier et de l'autre dans ladite chambre, l'étanchéité de cette dernière étant assurée par un clapet anti-retour. 15 Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif porte-outil comporte un ensemble du type comportant une rainure longitudinale aménagée sur la surface externe du mandrin secondaire et un axe solidaire par l'une de ses extrémités du mandrin principal, l'autre extrémité coopérant 20 avec la rainure pour garantir un coulissement sans rotation du mandrin secondaire à l'intérieur du mandrin principal. De manière avantageuse, l'extrémité de l'axe situé dans la rainure reçoit un galet monté pivotant autour de l'axe longitudinal dudit axe et coopérant avec ladite rainure. 25 Les limites prédéterminées du coulissement axial dudit mandrin secondaire sont alors déterminées par la longueur de la rainure longitudinale du mandrin secondaire. Description sommaire des figures 30 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, d'un exemple particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, d'un dispositif porte-outil pour une machine-outil ou une machine de malaxage conforme l'invention, en ESTA01-FR-1 TEXTE DEPOSE RG/AG 3064510 - 4 - référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe frontale d'un dispositif porte-outil selon l'invention avec le mandrin secondaire en position "travail" ; 5 - la figure 2 est une vue en coupe frontale d'un dispositif porte-outil de la figure 1 avec le mandrin secondaire en position "butée basse". Meilleure manière de réaliser l'invention technique 10 En référence aux figures 1 et 2, on a représenté un dispositif porte-outil 1 selon l'invention pour machine-outil non représentée sur les figures, ladite machine-outil pouvant être soit une machine-outil de malaxage, soit une machine-outil telle que, par exemple, une fraiseuse. 15 Le dispositif porte-outil 1 comporte au moins un mandrin principal 2 creux apte à être solidarisé sur la tête de la machine-outil associée de sorte à être mis en mouvement en rotation et en translation, et un mandrin secondaire 3 inséré au moins en partie, par l'une de ses extrémités, dans la partie inférieure dudit mandrin principal 2 de sorte à pouvoir coulisser axialement, sans rotation, le long de l'axe longitudinal 4 de ce dernier et à l'intérieur de limites prédéterminées. On décrit ici le dispositif porte-outil 1 dans des conditions normales d'utilisation, c'est-à-dire lorsque, d'une part, l'axe longitudinal 4 dudit mandrin principal 2 est vertical et, d'autre part, le mandrin secondaire 3 est disposé en-dessous dudit mandrin principal 2. Toutefois, ledit axe longitudinal 4 pourra être plus ou moins incliné, sans sortir du cadre de la présente invention, les termes "inférieur", "supérieur", "horizontal" ou encore "vertical" seront alors à adapter. Ledit mandrin secondaire 3 est du type mandrin à pinces afin de pouvoir maintenir serré un outil M malaxeur du côté ESTA01-FR-1 TEXTE DEPOSE RG/AG 3064510 - 5 - de son extrémité libre. Ledit mandrin principal 2 comporte en outre, en partie supérieure, une chambre 5 étanche contenant du gaz sous pression, et une membrane 6 élastiquement deformable fixée 5 de manière étanche à l'intérieur dudit mandrin principal 2 et séparant ladite chambre 5 du mandrin secondaire 3. La chambre 5 est alimentée en gaz sous pression par un orifice 7 aménagé dans la partie supérieure du mandrin principal 2 et débouchant d'un côté à l'extérieur de ce 10 dernier et de l'autre dans ladite chambre 5, l'étanchéité de cette dernière étant assurée par un clapet anti-retour 8. Ledit orifice 7 pourra aussi être aménagé sur la partie latérale du mandrin principal 2, sans sortir du cadre de la présente invention. 15 Avec cette configuration, on comprend bien que ledit clapet anti-retour 8 permet d'insérer la quantité nécessaire de gaz correspondant à une pression p à l'intérieur de la chambre 5 afin d'obtenir l'effort F souhaité égal au rapport de la pression p sur la surface s de la membrane 6 en contact 20 avec la pression p dudit gaz. L'Homme du Métier n'aura aucune difficulté pour déterminer la valeur de la pression à mettre en oeuvre en fonction des dimensions de la membrane 6 notamment pour obtenir l'effort F souhaité. 25 Le dispositif porte-outil 1 selon l'invention avec le mandrin secondaire 3 en position "travail" correspondant à la position dudit mandrin secondaire 3 lorsqu'il n'y a pas de gaz sous pression à l'intérieur de la chambre 5 ou lorsqu'il y a du gaz sous pression à l'intérieur de ladite 30 chambre 5 et que l'outil M est appliqué contre la surface S à malaxer. De même, on a représenté sur la figure 2 le dispositif porte-outil 1 selon l'invention avec le mandrin secondaire 3 en position "butée basse" correspondant à la position dudit ESTA01-FR-1 TEXTE DEPOSE RG/AG 3064510 - 6 - mandrin secondaire 3 lorsqu'il y a du gaz sous pression à l'intérieur de ladite chambre 5, sans toutefois qu'il n'y ait de contact entre l'outil et la surface à malaxer. Ainsi, en référence aux figures 1 et 2, on comprend 5 bien que, lorsque le mandrin secondaire 3 recevant l'outil M malaxeur se déplace verticalement à la suite d'une variation de hauteur de la pièce ou d'une dilatation de cette dernière, le volume total de gaz varie très peu et par conséquent l'effort F varie également très peu, ce qui a pour effet de 10 réduire la structure et donc le prix de revient de la machine-outil associée au dispositif porte-outil 1 selon l'invention. Selon un mode de réalisation avantageux, l'arrêt en rotation du mandrin secondaire 3 à l'intérieur du mandrin principal 2 est assuré par un ensemble du type comportant une 15 rainure 9 longitudinale aménagée sur la surface externe du mandrin secondaire 3 et un axe 10 solidaire par l'une de ses extrémités du mandrin principal 2, l'autre extrémité coopérant avec la rainure 9, notamment au moins une des faces longitudinales 11 de cette dernière, pour garantir un 20 coulissement sans rotation du mandrin secondaire 3 à l'intérieur du mandrin principal 2. De plus, afin de favoriser le coulissement du mandrin secondaire 3, l'extrémité de l'axe 10 située au droit de la rainure 9 reçoit avantageusement un galet 12 monté pivotant autour de l'axe 25 longitudinal dudit axe 10 et coopérant avec ladite rainure 9. L'arrêt en rotation du mandrin secondaire 3 pourra être d'un autre type que celui décrit précédemment et par exemple être obtenu par un ensemble rainure - clavette ou encore des cannelures, sans sortir du cadre de la présente invention. 30 Selon ce mode de réalisation avantageux, on comprend bien que les limites prédéterminées du coulissement axial dudit mandrin secondaire 3 sont alors déterminées par la longueur de la rainure 9 longitudinale du mandrin secondaire 3. ESTA01-FR-1 TEXTE DEPOSE RG/AG 3064510 - 7 - Enfin, on comprend également bien que, dans un mode de réalisation extrême, le dispositif porte-outil 1 selon l'invention pourra ne pas comporter de limites prédéterminées du coulissement axial mandrin secondaire 3. Toutefois, ce 5 mode de réalisation extrême est compliqué à mettre en oeuvre car le mandrin secondaire 3 n'est pas maintenu en position verticale. Possibilité d'application industrielle 10 On comprend bien que le dispositif porte-outil 1 selon l'invention est de préférence utilisé sur une machine-outil de malaxage. Toutefois, il est évident que le dispositif porte-outil 1 peut être adapté et utilisé sur d'autres types de machines-outils de fabrication ou de traitement de surface 15 manuelles ou numériques telles que, par exemple, des fraiseuses. Enfin, il va de soi que les exemples de dispositif porte-outil conformes à l'invention qui viennent d'être décrits ne sont que des illustrations particulières, en aucun 20 cas limitatives de l'invention. ESTA01-FR-1 TEXTE DEPOSE RG/AG REVENDICATIONS1 - Dispositif porte-outil (1) pour machine-outil, caractérisé en ce qu'il comporte au moins : - un mandrin principal (2) creux agencé pour être solidarisé sur une machine-outil, - un mandrin secondaire (3) inséré au moins en partie, par l'une de ses extrémités, dans la partie inférieure dudit mandrin principal (2) de sorte à pouvoir coulisser axialement, sans rotation, le long de l'axe longitudinal (4) de ce dernier et à l'intérieur de limites prédéterminées, ledit mandrin secondaire (3) étant agencé pour maintenir serré un outil malaxeur (M) du côté de son extrémité libre, _ - une chambre (5) étanche contenant du gaz sous pression et disposé en partie supérieure dudit mandrin principal (2), et - une membrane (6) élastiquement deformable fixée de manière étanche à l'intérieur dudit mandrin principal (2) entre la chambre (5) et le mandrin secondaire (3), la membrane (6) étant en contact d'un côté avec le gaz sous pression et de l'autre avec le mandrin secondaire (3). 2 - Dispositif porte-outil (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le mandrin secondaire (3) est du type mandrin à pinces. 3 - Dispositif porte-outil (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre (5) est alimentée en gaz sous pression par un orifice (7) aménagé dans la partie supérieure ou latérale du mandrin principal (2) et débouchant d'un côté à l'extérieur de ce dernier et de l'autre dans ladite chambre (5), l'étanchéité de cette dernière étant assurée par un clapet anti-retour (8). ESTA01-FR-1 TEXTE DEPOSE RG/AG 3064510 - 9 - 4 - Dispositif porte-outil (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble du type comportant une rainure (9) longitudinale aménagée sur la surface externe du mandrin secondaire (3) et 5 un axe (10) solidaire par l'une de ses extrémités du mandrin principal (2), l'autre extrémité coopérant avec la rainure (9) pour garantir un coulissement sans rotation du mandrin secondaire (3) à l'intérieur du mandrin principal (2). 10 5 - Dispositif porte-outil (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'extrémité de l'axe (10) situé au droit de la rainure (9) reçoit un galet (12) monté pivotant autour de l'axe longitudinal dudit 15 axe (10) et coopérant avec ladite rainure (9). 6 - Dispositif porte-outil (1) selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les limites prédéterminées du coulissement axial dudit mandrin 20 secondaire (3) sont déterminées par la longueur de la rainure (9) longitudinale du mandrin secondaire (3). 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