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PROCEDE ET MACHINE POUR POLIR MECANIQUEMENT UNE SURFACE EN MATERIAU MINERAL, PLUS PARTICULIEREMENT EN VERRE
La presente invention est relative ä un procédé pour polir mecaniquement une surface d'un objet fait d'une matière minerale, en particulier du verre, entrainé en rotation autour d'un axe perpendiculaire ä ladite surface, avec une meule
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entrainée en rotation autour d'un axe qui est incliné par rapport ä l'axe de rotation de la surface ä polir, en mettant celle-ci en contact avec la ou les meules susdites sous une pression d'application appropriée et constante pendant la duree du meulage et/ou du polissage, de manière ä balayer cette surface et réaliser une profondeur de passe bien definie.
Elle trouve sa principale application dans la verrerie, la cristallerie et 1a ¯fabrication d'objets céramiques pour parachever une surface mate plus ou moins rugueuse selon les abrasifs utilisés resultant d'une opération d'ébauche, de taille ou d'enlèvement du pontil dans le cas d'une piece moulée.
Le procédé suivant la présente invention est un procédé pour polir mécaniquement une surface plane ou courbe d'un objet en verre, en cristal ou en matériau céramique tel qu'un verre à boire, un vase, un cendrier ou tout autre objet en matériau
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minéral présentant une surface plane ou ä rayon de courbure de 150 mm ä 1 m.
Divers procédés connus sont utilises ä ce jour pour restaurer la brillance des surfaces d'objets en verre, en cristal ou matières céramiques, devenues mates en raison d'une opération de meulage préalable.
Un premier procédé couramment utilisé pour rendre brillante une surface meulée, consite ä immerger la surface ä traiter dans une solution concentrée d'acides fluorhydrique et sulfurique.
L'acide dissout le verre, élimine les asperities des surfaces rugueuses ä traiter et attaque, plus ou moins en profondeur, selon la composition du matériau, de la concentration du bain d'acide et de la duree du temps de contact, les couches sousjacentes destabilisees, dont l'elimination procure la brillance de la surface.
La surface rendue brillante est rincée dans une solution aqueuse alcaline, afin de neutraliser l'acide encore présent ä la surface du verre et stopper ainsi les reactions chimiques qui entrainent la dissolution du verre en profondeur.
Ce procedé largement repandu, notamment dans la gravure du verre et le polissage des pieces d'art en cristal taillé presente cependant de nombreux inconvenients décrits ci-dessous.
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La solution acide attaque le verre, le cristal ou le matériau céramique sur toute la surface en contact avec elle de la pièce immergée.
La solution acide altere les portions de surface non taillees, initialement brillantes de la pièce en verre, cristal ou materiau ceramique formée par pressage ou soufflage et immergée ensuite dans la solution acide. L'attaque à l'acide provoque une surface lisse qui a conservé son aspect brillant, mais presente des pores semblables a ceux d'une peau d'orange. La surface traitée est donc brillante, mais elle est moins lisse que la surface originellement soufflée ou pressee.
En outre, les aretes d'intersection des surfaces taillées et des surfaces produites initialement par soufflage ou pressage, sont émoussées et arrondies par l'attaque ä l'acide. La netteté des aretes vives obtenues par le taillage est dégradée par le traitement a l'acide. En outre, l'eclat originel du verre, du cristal ou du matériau céramique est terni. Après traitement ä l'acide, une piece, bien que taillée évoque plus une pièce pressée ou moulee, suivant l'importance
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de l'attaque à l'acide.
Un deuxième inconvénient du traitement ä l'acide est sa mise en oeuvre difficile et dangereuse. La solution d'acide est très corrosive et les emanations gazeuses de celle-ci sont tres toxiques et une source de dangers graves pour les operateurs.
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Les sels et les composants du verre, notamment les métaux dont le plomb, en suspension dans les liquides de rinçage, représentent un danger tres grave de pollution pour les eaux environnantes. Les normes très strictes actuelles, anti-pollution, ont oblige les verriers utilisant des installations de polissage ä l'acide, d'investir dans des installations d'epuration très couteuses. Cependant, l'epuration n'est pas toujours complete, quoique d'un entretien ä frais très élevés, ce qui amène ä plus ou moins long terme les autorités locales ou nationales sensibilisées par la qualité de l'environnement, ä interdire purement et simplement l'exploitation des procédés de polissage ä l'acide.
Par 1e document US-A-3624969, on connait aussi un appareil pour polir mécaniquement des surfaces courbes de lentilles toriques entrainées en rotation autour de leur axe, au moyen d'une meule entrainee en rotation autour d'un axe qui est éventuellement incline par rapport ä l'axe de rotation de la lentille. La meule porte un flanc garni d'un bandeau annulaire de matiere abrasive applique contre l'objet à polir. Elle est guidée de manière ä être appliquée le long d'une trajectoire courbe, contre l'objet ä polir.
On connait régalement, par le brevet belge NO 905. 292, un procédé pour polir et/ou adoucir une surface plane d'un objet en verre entraine en rotation autour d'un axe perpendiculaire à cette surface, à l'aide d'une couronne abrasive d'une meule rotative, en faisant tourner la couronne
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abrasive autour d'un axe décalé, par rapport ä son axe géométrique, d'une distance inférieure au rayon de la couronne, l'axe de rotation de la couronne étant parallele ä son axe géométrique et à l'axe de rotation de la surface précitée.
Ce procédé permet d'effectuer le meulage, le polissage et l'adoucissage d'une surface plane en evitant toute strie. Toutefois, il ne parvient pas ä donner la finition voulue et en particulier ä restaurer le lustre et la brillance ä la surface traitée, qui conserve un aspect mat.
On a découvert ä present qu'il est possible de procurer par polissage mécanique, à une surface meulee, ä nouveau sa brillance, en utilisant une machine connue semblable ä celle décrite dans le brevet belge NO 905. 292, par une ou plusieurs étapes suppldmentaires ne nécessitant aucun frais supplémentaire d'equipement.
L'invention concerne un procédé pour polir mécaniquement une surface d'objet fait d'une matière minérale, en particulier du verre, entraîné en rotation autour d'un axe perpendiculaire à ladite surface, avec une meule entraînée en rotation autour d'un axe qui est incliné par rapport ä l'axe de rotation de la surface ä polir. Le procédé est essentiellement caracterise en ce que la meule comprenant un corps de meule rotatif pourvu d'une courbe de meulage annulaire qui possède 1a forme d'une bague circulaire, balaie ladite surface.
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Suivant une particularité du procede selon l'invention, on met la surface plane rotative en contact avec le flanc tronconique du corps de la meule, pourvu d'une bague. circulaire de couche de meulage et on provoque la translation de la meule par rapport ä la surface rotative ä polir selon un mouvement de va-et-vient transversalement par rapport ä la direction tangentiellement de meulage de la meule.
Dans un mode particulier de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, ou place la surface courbe rotative en contact avec un flanc torique tronque du corps de la meule, pourvue d'une bague circulaire de couche de meulage et on balance la meule par rapport ä la surface rotative ä polir autour d'un point fixe qui devient le centre de ladite surface courbe.
On veille alors ä ce que le flanc tronconique ou torique tronqué du corps de la meule est équipé d'une bande disposée excentriquement par rapport ä l'axe de rotation de la meule.
Dans ce procédé, on applique la surface rotative sur ladite meule sous une pression d'application appropriée et constante pour la duree du polissage, de façon ä appuyer ladite meule contre la surface ä polir, le long d'une ligne de contact, qui correspond en forme à la surface à polir.
La pression d'application, de preference constante pendant toute la durée du degrossissage,
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du lissage et du finissage, est donnée par une pression pneumatique appliquee sur un moteur hydraulique ou électrique sur lequel la meule tronconique ou torique tronquée est montée.
Elle est donnée, pendant la durée du degrossissage, du lissage et du finissage par l'élasticité de la meule elle-meme, le mouvement relatif de ladite meule par rapport ä ladite surface étant imposé au cours du procédé total.
Dans ce but, on équipe le flanc de la meule tronconique ou torique tronquée d'une bande réalisée en un agent abrasif qui est porté par un support d'une matiere élastique compressible, de façon que le contact entre ladite meule et ladite surface soit légèrement etendu jusqu'ä une faible surface de contact se situant dans le proche environnement de la ligne de contact théorique.
Suivant une autre particularité du procédé selon l'invention, chaque meule est montée de façon inclinée par rapport ä l'axe de rotation de l'objet ä polir, selon un angle qui est egal ä 40.
Chaque meule est alors montée selon une inclinaison par rapport à l'axe de rotation de
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l'objet ä polir, sous un angle qui est égal ä l'angle d'inclinaison moyen du flanc de la meule tronconique ou ä l'angle d'inclinaison moyen du flanc de la meule torique tronquée.
La surface de contact restreint de la meule avec un flanc tronconique ou torique tronque
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permet, au cours du polissage, un chauffage fortement localisé qui entraine une microfusion ä la surface de la matière ä polir.
On amplifie la microfusion en enlevant l'objet à polir micromötriquement de la meule afin de faciliter le polissage et le lustrage.
On équipe la meule de contre-poids, de façon ä empecher les vibrations dans la bande abrasive.
Un avantage appreciable du procédé de polissage mécanique selon l'invention reside dans la possibilité d'automatiser et de combiner le dégrossissage, la taille et le polissage d'une surface en matériau minéral, soit en utilisant diverses machines avec des organes de transfert d'une machine où les stations de meulage sont disposées de façon ä recevoir successivement l'objet ä traiter. De cette façon, les objets peuvent etre charges en continu, ce qui permet à toutes les machines dans le premier cas et ä toutes les stations dans le second cas, de travailler en continu.
11 en résulte que le temps total n'excede pas le temps de transfert (temps mort) plus le temps de travail le plus long.
Ces operations peuvent évidemment etre robotisées.
Le but final est de permettre d'acceder au poli parfait (optique) par un procadä complètement
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automatique, rendant possible la production de surfaces de verre ou de cristal qui étaient seulement accessibles par des procédés manuels et empiriques.
C'est ce que tous les verriers et crista1liers"recherchent aujourd'hui : restaurer la splendeur passée du cristal de façon economique et contrölee pour pouvoir éliminer au maximum les procédés existant actuellement et principalement les procédés de polissage a l'acide.
L'invention concerne également une machine pour polir mécaniquement la surface plane grossière ou rugueuse d'un objet avec au moins une meule, par le procédé décrit plus haut, la machine comprenant une tête de fixation pour serrer et centrer l'objet, un moyen pour placer la tete de fixation et l'objet en rotation, un moyen pour conduire la tete de fixation et l'objet en direction de la meule entraînée en rotation, de façon ä l'appliquer sur cette dernière, sous pression pneumatique appropriée et constante au cours de toute la durée du polissage.
Cette machine est caractérisée en ce que la meule présente un flanc tronconique ou torique tronqué, equipe d'une bande réalisée en un agent abrasif, ladite bande pouvant tourner autour d'un axe qui est incliné par rapport ä l'axe de rotation de la surface a polir, de façon ä appliquer ladite meule le long d'une generatrice de contact contre la surface ä polir sous la pression mentionee ci-dessus.
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Dans une forme de réalisation particulière de la machine, la meule est montée sur un chariot de broche de meulage qui realise un mouvement de va-etvient de façon ä permettre ä la meule de balayer la surface ä polir.
L'invention concerne enfin une meule destinée Åa la machine suivant l'invention, meule caractérisée en ce que la bande est portee par un support realise en un agent élastique compressible.
La bande est montée de façon décalée sur la meule tronconique ou torique tronquée.
Elle peut aussi être réalisée en un agent abrasif ou une matière élastique, plus typiquement du feutre ou du polyurethane ou toute autre matière possédant de propriétés similaires, éventuellement chargée de grains microcalibres d'un agent abrasif que l'on pulverise la-dessus pour le finissage de ladite surface.
D'autres particularités et details du procédé et de la machine suivant l'invention apparaitront au cours de la description suivante dans laquelle il est fait référence aux dessins schématiques ciannexés.
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Dans ces dessins : - la figure 1 est une vue schematigue en élévation laterale illustrant le procédé pour polir ou adoucir une surface d'un objet en verre à l'aide d'une meule tronconique ; - la figure 2 est une vue en plan d'une meule tronconique portant un bandeau annulaire diamanté excentre ; - la figure 3 est une vue en elevation montrant une meule ä flanc tronconique portant un bandeau diamanté annulaire dont l'axe de rotation est éloigné par rapport ä son centre, cette figure montrant également un moteur ä arbre flottant sur lequel est calée la meule ; - la figure 4 est une vue semblable ä celle de la figure 1 illustrant le procédé suivant la presente invention pour adoucir une surface courbe en verre ä l'aide d'une meule torique ;
et - la figure 5 est une vue en plan montrant une aire de contact entre la meule et la surface ä traiter.
Dans ces differentes figures, les mêmes signes de référence désignent des elements identiques ou analogues.
Comme illustré la figure 1, une surface plane 1 ä traiter, de forme circulaire ou d'une autre forme, par exemple polygonale, est animee d'un mouvement de rotation, par exemple dans le sens de la flèche X autour d'un axe de rotation 2 qui y est perpendiculaire.
Cette surface 1 est également maintenue en contact
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avec un bandeau diamante annulaire 3 d'une meule rotative 4 de forme tronconique ou torique, la meule 4 tournant autour de son axe de rotation 5 incliné d'un anglet par rapport à l'axe 2. Le bandeau 3 est animé d'un mouvement de rotation dans le sens de la floche Y autour de son axe géométrique 6 incline ä son tour d'un angle / par rapport ä l'axe de rotation 5 de la meule 4.
Les vitesses et les sens de rotation de la surface 1 et du bandeau diamant6 3 peuvent être identiques ou différents.
Comme le montre la figure l, la surface 1 est constamment en contact avec le bandeau diamanté 3 par une génératrice de contact 7 qui coupe l'axe de rotation 2 de la surface 1. La surface 1 peut etre celle d'un objet ä polir 19 fixe ä une tête de préhension 18, cette tete etant mise en rotation autour d'un arbre 20. La tete de prehension 18 peut etre déplacée par un moyen
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d'amenee 21 de maniere à appliquer la surface A traiter 1 contre le bandeau 3.
Pendant les mouvements de rotation de la surface 1 et de la couronne diamantée 3 en contact avec cette surface, celle-ci est balayée entièrement par le bandeau diamant 3.
En raison de la position excentree du bandeau diamante 3, ce dernier est en contact, au cours de sa rotation, avec. des aires successives de la surface en verre 1. A la figure 5, l'aire hachurée 8 représente une aire de contact de la couronne diamantée 3. avec la surface l. Comme le révèle la figure l, l'aire de contact entre le bandeau 3 et la surface ä traiter 1 est déplacée par translation d'un chariot 17 dans le sens des flaches Z.
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La figure 3 montre une meule tronconique ou torique 4 portant le bandeau diamanté 3 excentre. Cette meule 4 est calée sur un arbre flottant 13 d'un moteur 14. L'axe 5 de l'arbre 13 est incline d'un angle α par rapport ä l'axe géométrique 2 de la surface ä traiter 1 (voir figure 4).
Une pression sensiblement constante est applique par la couronne diamantee 3 sur la surface 1 au cours du traitement de celle-ci. Cette pression constante est assurée par l'arbre flottant 13 qui est
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soumis lui-meme a une poussee exercee par un fluide comme decrit dans le brevet belge No. 905. 292. En raison de la presence d'un support en materiau élastique. cette pression assure ä la meule une surface restreinte de contact 8 généralement elliptique permettant pendant le polissage un échauffement tres localisé qui amène 1a microfusion ä la surface 1 du matériau ä polir.
Le meulage et le polissage du verre jusqu'a la finition mecanique classique comporte auatre etapes de travail : - le degrossissage ou l'ebauche avec un abrasif, généralement libre de carbure de silicium ou fixe tel que le diamant ; - la taille avec un abrasif plus dur tel que le corindon ou le diamant ; - le polissage avec un abrasif tel que la pierre ponce sur un support de liege, et - le lustrage avec un abrasif tel. que l'oxyde de cérium sur support ä base de tissus.
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La première étape correspond ä un travail d'abrasion pour definir la geometrie désirée ou l'embauche de forme. Elle donne une surface rugueuse.
La taille donne ensuite une surface mate, le
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polissage ramene un certain eclat et le lustrage rend le brillant originel de la piece soufflée ou pressée.
Le polissage et le lustrage correspondent ä un travail de microfusion. Selon les abrasifs et les methodes de travail utilisés, les etapes intermédiaires combinent dans des proportions variables l'effet d'abrasion et l'effet de microfusion.
La microfusion est une Operation qui se
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produit par echauffement entre le verre et la roue de polissage. 11 en résulte un fluage de la surface en verre et une restauration de la brillance. Les defauts d'abrasion anterieurs dus au dégrossissage et ä la taille apparaissent si les couches sous-jacentes destabilisees a chaque étape de meulage n'ont pas été enlevees par chaque meule qui suit l'etape antérieure.
Si les étapes de meulage preparatoires ont été correctement faites, la qualité du poli restaure la brillance complete du verre. 11 est donc primordial de garder la maltrise des étapes successives du meulage afin que chaque étape en aval d'une autre en enlève non seulement le "métier" c'est-à-dire les traces visibles d'usinage mais enleve egalement suffisamment de matière pour dégager entièrement la couche déstabilisée sous-jacente.
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Les inconvénients du Systeme classique sont, en raison de l'utilisation de divers abrasifs et de la
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présentation de ceux-ci, c'est-à-dire libres pour les operations d'ebauche ä l'aide de grains ou agglomérés et libres pour les operations de finition chaque opération doit être realisée"en separe". Le temps total du procédé est donc la somme des temps séparés. De plus il est necessaire de prevoir des nettoyages intermédiaires sous peine de véhiculer des grains d'un abrasif de dégrossissage tel que le carbure de silicium ou diamant vers un poste de finition. Le procédé qui dans les phases de finition est essentiellement manuel, ne permet pas le contröle de la profondeur des passes successives.
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11 est lent et couteux.
La meule tronconique ou torique peut avoir un diamètre interieur d'environ 75mm à 150mm, de préférence 90mm et un diamatre exterieur de 100mm à 200mm, de preference 150mm.
Le bandeau diamante 3 peut avoir une largeur de 10mm ä 30mm, de preference 15mm et un diamètre exterieur de 135 mm et un diamètre intérieur de 105 mm environ.
L'anglet de l'axe de rotation 5 de la meule avec l'axe de rotation de la surface 1 peut etre d'environ 2 ä 45 degres, de preference 4 degres. L'inclinaison de l'axe geometrique 6 du bandeau 3 depend de la position excentrée du bandeau 3 sur le flanc tronconique ou torique de la meule 12.
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A la figure 3, on a schématisé en 15 des balourds montes sur la meule 4 portant la couronne diamantee 3, ces balourds 15 étant destines ä équilibrer la meule 4 et la couronne 3, de façon à empêcher qu'elles subissent des vibrations au cours de leurs mouvements de rotation.
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Les moyens utilises dans le procédé decrit cidessus sont : J) Un choix judicieux d'outils à concretion diamantée ä liant métallique ou resinolde tels que décrits dans la demande de brevet européen n 793027921 publiée sous le n* 13486 au nom de INTERFACE
DEVELOPMENTS LIMITED ; 2) les outils peuvent etre lubrifiés uniquement ä l'eau perdue, chargée d'additifs tels que tensio- actifs ou autres (bio-dégradables), ce qui permet de grouper les stations de degrossissage. de taille et de polissage, à la limite dans une meme machine transfert sans danger de perturber les operations d'aval par rapport aux opérations d'amont : 3) la haute precision de positionnement relatif du verre par rapport ä chaque meule ;
4) la haute precision dans la géométrie des outils (faux-rond, rigidité des broches porte-meules et portc-pieces, absence de vibrations) : 5) le montage des outils sur des broches ä déplacement flottant sur leur axe de revolution, permettant un contrôle de la pression sur le verre et, si necessaire, une programmation de la pression pendant 10 eycle de travail ; 6) le contrôle rigoureux de la profondeur de passe de chaque station de travail ; 7) Lors du dégrossissage et de la taille les outils sont disposes de façon sécante par rapport au verre en rotation ;
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lors du polissage, les outils abrasifs (diamantes ou autres) sont réalisés conformément au brevet belge No. 905. 292. De plus, ils ont une génératrice de contact, l'outil étant toujours ä arbre flottant, dont l'axe de revolution est oblique par rapport à l'axe de revolution du verre (voir la figure 1). L'outil est donc du type "conique" dans le cas du polissage d'une surface plane et du type"torique"dans le cas du polissage d'une surface sphérique. Dans le cas du polissage d'une surface plane, la conicité des outils de polissage depend de la souplesse de l'outil.
Dans le cas du
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polissage d'une surface spherique, la generatrice de l'outil torique est une circonférence de même rayon que celui de la surface ä polir et le rayon de la directrice du tore depend de la souplesse de l'outil. Cette disposition provoque un mouvement orbital composé avec la rotation du verre.
De plus. la disposition ainsi decrite permet d'augmenter la pression specifique. Cette façon de faire provoque un echauffement tres localisé qui amene la microfusion dans les phases finales du polissage ; 9) un eloignement micrometrique du verre par rapport ä la meule et/ou une reduction progressive de la pression de contact permettra le rodage final et amplifiera la phase de microfusion : 10) un mouvement de va-et-vient, programmé en fonction de la surface ä polir, ainsi qu'une vitesse adequate d'entraînement de l'objet a polir, permettent d'obtenir des surfaces géométriquement "parfaites".
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Les résultats obtenus sur des surfaces en verre ou en cristal, brutes ä tailler en surface plane (ou sphérique concave) sont, sur un diamètre de 90mm : - rugosité Ra (CLA) = 2 micro-inches, alors que le poli optique est de 1 micro-inch ; - planéité de la surface de l'ordre de 0, 01mm.
Le lustrage ä l'oxyde de cerium peut être applique directement et en un temps minimum. Manuellement, l'opérateur effectue le travail en temps masque car les operations antérieures sont automatiques. Le lustrage peut aussi etre effectue automatiquement sur une machine
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tres simple.
11 est evident que l'invention n'est pas limitee aux details decrits ci-dessus et que ces details pourront etre modifies sans sortir du cadre de cette invention.
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METHOD AND MACHINE FOR MECHANICALLY POLISHING A SURFACE OF MINERAL MATERIAL, PARTICULARLY GLASS
The present invention relates to a method for mechanically polishing a surface of an object made of a mineral material, in particular glass, driven in rotation about an axis perpendicular to said surface, with a grinding wheel.
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driven in rotation about an axis which is inclined with respect to the axis of rotation of the surface to be polished, by bringing it into contact with the abovementioned wheel (s) under an appropriate and constant application pressure for the duration grinding and / or polishing, so as to sweep this surface and achieve a well defined depth of cut.
It finds its main application in glassware, crystal glassware and the manufacture of ceramic objects to complete a more or less rough matt surface depending on the abrasives used resulting from a roughing, cutting or pontil removal operation in the case of a molded part.
The method according to the present invention is a method for mechanically polishing a flat or curved surface of an object made of glass, crystal or ceramic material such as a drinking glass, a vase, an ashtray or any other object made of material
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mineral with a flat surface or radius of curvature from 150 mm to 1 m.
Various known methods are used to date to restore the gloss of the surfaces of glass, crystal or ceramic materials, which have become dull due to a prior grinding operation.
A first method commonly used to make a ground surface shiny, consists in immersing the surface to be treated in a concentrated solution of hydrofluoric and sulfuric acids.
The acid dissolves the glass, eliminates the asperities of the rough surfaces to be treated and attacks, more or less in depth, depending on the composition of the material, the concentration of the acid bath and the duration of the contact time, the underlying layers destabilized, the elimination of which gives the surface shine.
The glossy surface is rinsed in an alkaline aqueous solution, in order to neutralize the acid still present on the surface of the glass and thus stop the chemical reactions which cause the dissolution of the glass in depth.
This widely used process, in particular in etching glass and polishing pieces of art in cut crystal, however, presents many drawbacks described below.
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The acid solution attacks glass, crystal or ceramic material on the entire surface in contact with it of the immersed part.
The acid solution alternates the initially unsharpened surface portions of the piece of glass, crystal or ceramic material formed by pressing or blowing and then immersed in the acid solution. The acid attack produces a smooth surface which has retained its shiny appearance, but has pores similar to those of an orange peel. The treated surface is therefore shiny, but it is less smooth than the surface originally blown or pressed.
In addition, the edges of intersection of the cut surfaces and the surfaces produced initially by blowing or pressing, are blunt and rounded by acid attack. The sharpness of the sharp edges obtained by cutting is degraded by the acid treatment. In addition, the original luster of glass, crystal or ceramic material is tarnished. After acid treatment, a piece, although cut, is more like a pressed or molded piece, depending on the size
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of the acid attack.
A second disadvantage of the acid treatment is its difficult and dangerous implementation. The acid solution is very corrosive and the gaseous fumes of it are very toxic and a source of serious danger for the operators.
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The salts and components of glass, especially metals including lead, suspended in the rinsing liquids, represent a very serious danger of pollution for the surrounding waters. The current very strict anti-pollution standards oblige glassmakers using acid polishing facilities to invest in very expensive purification facilities. However, the purification is not always complete, although maintenance at very high costs, which leads to more or less long term local or national authorities sensitized by the quality of the environment, to ban outright the operation of acid polishing processes.
By document US-A-3624969, there is also known an apparatus for mechanically polishing curved surfaces of toric lenses driven in rotation about their axis, by means of a grinding wheel driven in rotation about an axis which is possibly inclined by relative to the axis of rotation of the lens. The grinding wheel carries a side furnished with an annular strip of abrasive material applied against the object to be polished. It is guided so as to be applied along a curved path against the object to be polished.
We also know, from Belgian patent NO 905,292, a process for polishing and / or softening a flat surface of a glass object driven in rotation around an axis perpendicular to this surface, using a abrasive crown of a rotary grinding wheel, by rotating the crown
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abrasive around an axis offset from its geometric axis by a distance less than the radius of the crown, the axis of rotation of the crown being parallel to its geometric axis and to the axis of rotation of the surface cited above.
This process allows you to grind, polish and soften a flat surface, avoiding any streaks. However, it fails to give the desired finish and in particular to restore luster and shine to the treated surface, which retains a matt appearance.
It has now been discovered that it is possible, by mechanical polishing, to give a polished surface again its shine, using a known machine similar to that described in Belgian patent NO 905,292, by one or more additional steps. requiring no additional equipment costs.
The invention relates to a method for mechanically polishing an object surface made of a mineral material, in particular glass, driven in rotation about an axis perpendicular to said surface, with a grinding wheel driven in rotation about an axis which is inclined with respect to the axis of rotation of the surface to be polished. The method is essentially characterized in that the grinding wheel comprising a rotary grinding wheel body provided with an annular grinding curve which has the form of a circular ring, sweeps said surface.
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According to a feature of the method according to the invention, the rotating planar surface is brought into contact with the frustoconical flank of the body of the grinding wheel, provided with a ring. circular grinding layer and the grinding wheel is brought into translation with respect to the rotary surface to be polished in a reciprocating motion transversely with respect to the tangentially grinding direction of the grinding wheel.
In a particular embodiment of the method according to the invention, or places the rotating curved surface in contact with a truncated toroidal flank of the body of the grinding wheel, provided with a circular ring of grinding layer and the grinding wheel is balanced by relative to the rotating surface to be polished around a fixed point which becomes the center of said curved surface.
It is then ensured that the truncated frustoconical or toroidal flank of the body of the grinding wheel is equipped with a band disposed eccentrically with respect to the axis of rotation of the grinding wheel.
In this method, the rotary surface is applied to said grinding wheel under an appropriate and constant application pressure for the duration of the polishing, so as to press said grinding wheel against the surface to be polished, along a contact line, which corresponds shaped on the surface to be polished.
The application pressure, preferably constant throughout the roughing process,
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smoothing and finishing, is given by a pneumatic pressure applied to a hydraulic or electric motor on which the frustoconical or truncated toric wheel is mounted.
It is given, during the time of roughing, smoothing and finishing by the elasticity of the grinding wheel itself, the relative movement of said grinding wheel with respect to said surface being imposed during the total process.
For this purpose, the side of the frustoconical or truncated toric wheel is fitted with a strip made of an abrasive agent which is carried by a support of a compressible elastic material, so that the contact between said wheel and said surface is slightly extended to a small contact surface located in the close environment of the theoretical contact line.
According to another particular feature of the method according to the invention, each grinding wheel is mounted at an angle with respect to the axis of rotation of the object to be polished, at an angle which is equal to 40.
Each wheel is then mounted at an inclination relative to the axis of rotation of
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the object to be polished, at an angle which is equal to the average angle of inclination of the side of the frusto-conical wheel or to the average angle of inclination of the side of the truncated toric wheel.
The limited contact surface of the grinding wheel with a truncated tapered or toroidal flank
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allows highly localized heating during polishing which results in microfusion on the surface of the material to be polished.
Microfusion is amplified by removing the object to be polished micrometrically from the grinding wheel in order to facilitate polishing and buffing.
The counterweight wheel is fitted so as to prevent vibrations in the abrasive belt.
An appreciable advantage of the mechanical polishing process according to the invention lies in the possibility of automating and combining the roughing, the size and the polishing of a surface of mineral material, either by using various machines with transfer bodies. a machine where the grinding stations are arranged so as to successively receive the object to be treated. In this way the objects can be loaded continuously, which allows all the machines in the first case and all the stations in the second case to work continuously.
As a result, the total time does not exceed the transfer time (dead time) plus the longest working time.
These operations can obviously be robotized.
The final goal is to allow access to the perfect polish (optics) by a procadä completely
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automatic, making possible the production of glass or crystal surfaces that were only accessible by manual and empirical processes.
This is what all the glassmakers and glassmakers "are looking for today: to restore the past splendor of the crystal in an economical and controlled way in order to be able to eliminate as much as possible the processes currently existing and mainly the processes of acid polishing.
The invention also relates to a machine for mechanically polishing the coarse or rough flat surface of an object with at least one grinding wheel, by the method described above, the machine comprising a fixing head for clamping and centering the object, a means for placing the fixing head and the object in rotation, a means for driving the fixing head and the object in the direction of the grinding wheel driven in rotation, so as to apply it to the latter, under appropriate and constant pneumatic pressure during the entire polishing period.
This machine is characterized in that the grinding wheel has a truncated frustoconical or toric flank, fitted with a strip made of an abrasive agent, said strip being able to rotate about an axis which is inclined relative to the axis of rotation of the surface to be polished, so as to apply said grinding wheel along a contact generator against the surface to be polished under the pressure mentioned above.
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In a particular embodiment of the machine, the grinding wheel is mounted on a grinding spindle carriage which reciprocates so as to allow the grinding wheel to sweep the surface to be polished.
The invention finally relates to a grinding wheel intended for the machine according to the invention, grinding wheel characterized in that the strip is carried by a support made of a compressible elastic agent.
The band is mounted offset on the frustoconical or truncated toric wheel.
It can also be made of an abrasive agent or an elastic material, more typically felt or polyurethane or any other material having similar properties, possibly loaded with microcalibres grains of an abrasive agent which is sprayed on it to finishing of said surface.
Other particularities and details of the process and of the machine according to the invention will appear during the following description in which reference is made to the attached schematic drawings.
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In these drawings: - Figure 1 is a schematic side elevational view illustrating the process for polishing or softening a surface of a glass object using a tapered wheel; - Figure 2 is a plan view of a frustoconical grinding wheel carrying an eccentric diamond annular strip; - Figure 3 is an elevational view showing a grinding wheel with a frustoconical side carrying an annular diamond strip whose axis of rotation is distant from its center, this figure also showing a floating shaft motor on which the grinding wheel is fixed; - Figure 4 is a view similar to that of Figure 1 illustrating the method according to the present invention for softening a curved glass surface using an O-wheel;
and - Figure 5 is a plan view showing a contact area between the grinding wheel and the surface to be treated.
In these different figures, the same reference signs designate identical or analogous elements.
As illustrated in FIG. 1, a flat surface 1 to be treated, of circular shape or of another shape, for example polygonal, is animated by a rotational movement, for example in the direction of the arrow X around an axis of rotation 2 which is perpendicular thereto.
This surface 1 is also kept in contact
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with an annular diamond strip 3 of a rotary grinding wheel 4 of frustoconical or toric shape, the grinding wheel 4 rotating around its axis of rotation 5 inclined at an angle relative to the axis 2. The strip 3 is animated by a rotational movement in the direction of the floche Y about its geometric axis 6 in turn inclines at an angle / relative to the axis of rotation 5 of the grinding wheel 4.
The speeds and directions of rotation of the surface 1 and of the diamond strip 6 3 can be identical or different.
As shown in FIG. 1, the surface 1 is constantly in contact with the diamond strip 3 by a contact generator 7 which cuts the axis of rotation 2 of the surface 1. The surface 1 can be that of an object to be polished 19 fixed to a gripping head 18, this head being rotated around a shaft 20. The gripping head 18 can be moved by a means
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supply 21 so as to apply the surface to be treated 1 against the strip 3.
During the rotational movements of the surface 1 and of the diamond crown 3 in contact with this surface, the latter is entirely swept away by the diamond strip 3.
Due to the eccentric position of the diamond strip 3, the latter is in contact, during its rotation, with. successive areas of the glass surface 1. In FIG. 5, the hatched area 8 represents an area of contact of the diamond crown 3. with the surface l. As shown in FIG. 1, the contact area between the strip 3 and the surface to be treated 1 is moved by translation of a carriage 17 in the direction of the arrows Z.
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Figure 3 shows a frustoconical or toric wheel 4 carrying the diamond strip 3 eccentric. This grinding wheel 4 is wedged on a floating shaft 13 of a motor 14. The axis 5 of the shaft 13 is inclined at an angle α relative to the geometric axis 2 of the surface to be treated 1 (see Figure 4).
A substantially constant pressure is applied by the diamond crown 3 to the surface 1 during the treatment thereof. This constant pressure is ensured by the floating shaft 13 which is
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itself subjected to a thrust exerted by a fluid as described in Belgian patent No. 905. 292. Due to the presence of a support made of elastic material. this pressure provides the wheel with a generally generally elliptical contact surface 8 allowing, during polishing, very localized heating which brings the microfusion to the surface 1 of the material to be polished.
Grinding and polishing the glass up to the conventional mechanical finish involves four working steps: - roughing or roughing with an abrasive, generally free of silicon carbide or fixed such as diamond; - cutting with a harder abrasive such as corundum or diamond; - polishing with an abrasive such as pumice stone on a cork support, and - buffing with an abrasive such. than cerium oxide on a tissue-based support.
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The first step corresponds to an abrasion work to define the desired geometry or the hiring of form. It gives a rough surface.
The size then gives a mat surface, the
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polishing brings back a certain shine and the buffing makes the original shine of the piece blown or pressed.
Polishing and buffing correspond to microfusion work. Depending on the abrasives and the working methods used, the intermediate stages combine the abrasion effect and the microfusion effect in variable proportions.
Microfusion is an Operation which
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produced by heating between the glass and the polishing wheel. 11 results in a creep of the glass surface and a restoration of the gloss. Previous abrasion defects due to roughing and size appear if the underlying layers destabilized at each grinding stage have not been removed by each grinding wheel following the previous stage.
If the preparatory grinding steps have been correctly done, the quality of the polish restores the complete shine of the glass. It is therefore essential to keep the control of the successive stages of grinding so that each stage downstream of another removes not only the "loom", that is to say the visible traces of machining but also removes sufficient material to fully release the underlying destabilized layer.
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The disadvantages of the conventional system are, due to the use of various abrasives and the
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presentation of these, that is to say free for roughing operations using grains or agglomerated and free for finishing operations each operation must be carried out "separately". The total process time is therefore the sum of the separate times. In addition it is necessary to provide intermediate cleaning under penalty of conveying grains of a roughing abrasive such as silicon carbide or diamond to a finishing station. The process which in the finishing phases is essentially manual, does not allow the control of the depth of successive passes.
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It is slow and expensive.
The frustoconical or toric wheel can have an inside diameter of about 75mm to 150mm, preferably 90mm and an outside diameter of 100mm to 200mm, preferably 150mm.
The diamond strip 3 can have a width of 10 mm to 30 mm, preferably 15 mm and an outside diameter of 135 mm and an inside diameter of around 105 mm.
The angle of the axis of rotation 5 of the grinding wheel with the axis of rotation of the surface 1 can be about 2 to 45 degrees, preferably 4 degrees. The inclination of the geometric axis 6 of the strip 3 depends on the eccentric position of the strip 3 on the frustoconical or toric flank of the grinding wheel 12.
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In FIG. 3, there have been shown diagrammatically at 15 unbalances mounted on the grinding wheel 4 carrying the diamond crown 3, these unbalances 15 being intended to balance the grinding wheel 4 and the crown 3, so as to prevent them from undergoing vibrations during of their rotational movements.
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The means used in the process described above are: J) A judicious choice of tools with diamond concretion with metal or resin binder such as described in the European patent application n 793027921 published under n * 13486 in the name of INTERFACE
DEVELOPMENTS LIMITED; 2) the tools can be lubricated only with waste water, loaded with additives such as surfactants or others (bio-degradable), which makes it possible to group the degreasing stations. size and polishing, in a single transfer machine without danger of disturbing downstream operations compared to upstream operations: 3) the high precision of relative positioning of the glass with respect to each grinding wheel;
4) the high precision in the geometry of the tools (runout, rigidity of the grinding spindles and workpiece holders, absence of vibrations): 5) the mounting of the tools on spindles with floating displacement on their axis of revolution, allowing a pressure control on the glass and, if necessary, a programming of the pressure for 10 working years; 6) rigorous control of the pass depth of each workstation; 7) During roughing and cutting, the tools are arranged in a secant relation to the rotating glass;
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during polishing, the abrasive tools (diamonds or others) are produced in accordance with Belgian patent No. 905. 292. In addition, they have a contact generator, the tool always being a floating shaft, whose axis of revolution is oblique to the axis of revolution of the glass (see Figure 1). The tool is therefore of the "conical" type in the case of the polishing of a flat surface and of the "toric" type in the case of the polishing of a spherical surface. In the case of polishing a flat surface, the taper of the polishing tools depends on the flexibility of the tool.
In the case of
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polishing of a spherical surface, the generatrix of the toric tool is a circumference of the same radius as that of the surface to be polished and the radius of the torus director depends on the flexibility of the tool. This arrangement causes a compound orbital movement with the rotation of the glass.
Furthermore. the arrangement thus described makes it possible to increase the specific pressure. This way of doing causes a very localized heating which brings the microfusion in the final phases of the polishing; 9) a micrometric distance of the glass from the grinding wheel and / or a gradual reduction of the contact pressure will allow the final running-in and will amplify the microfusion phase: 10) a back-and-forth movement, programmed according to the surface to be polished, as well as an adequate drive speed of the object to be polished, make it possible to obtain geometrically "perfect" surfaces.
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The results obtained on glass or crystal surfaces, rough to be cut on a flat (or concave spherical) surface are, on a diameter of 90mm: - roughness Ra (CLA) = 2 micro-inches, while the optical polish is 1 micro-inch; - flatness of the surface on the order of 0.01mm.
Cerium oxide buffing can be applied directly and in minimum time. Manually, the operator performs the work in mask time because the previous operations are automatic. Buffing can also be done automatically on a machine
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very simple.
It is obvious that the invention is not limited to the details described above and that these details can be modified without departing from the scope of this invention.