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PROCEDE POUR LA FABRICATION D'APPAREILS D'USINAGE DE MESURE ET DE VERIFICATION, ET D'ELEMENTS EXPOSES A L'USURE D'APPAREILS ET DE MACHINES. AINSI QUE D'OUTILS.
L'invention se rapporte à un nouveau procédé pour la fabrication dappareils d'usinage, de mesure et de vérification, et d'éléments exposés à lusure d'appareils et de machines ainsi que d'outils, et d'une façon générale à des objets quelconques qui comportent des surfaces de travail.
L'invention procède de la constatation que les appareils de mesure comportant des pièces calibrées., telles que calibres à mâchoires, calibres de filetage, même quand on s'en sert avec précaution, s'usent légèrement à la lon- gue et de ce fait, en perdant l'invariabilité de leurs dimensions, perdent de leur utilité.
L'invention a pour but de conférer aux objets de ce genre quand on y a recours conformément à leur destination, et pour un usage conforme à leur destination, une durée d'emploi pratiquement illimitée.
Ce problème est résolu selon l'invention, par le fait que dans les appareils d'usinage de mesure et de vérification, ainsi que dans les parties d'appareils et de machines exposées,à l'usure par frottement, et dans les ou- tils, on dépose sur la surface de travail une couche résistante à l'usure, non destinée au meulage ou à l'enlèvement de copeaux, et constituée par des grains de diamant aussi fins que possible, lesquels sont intimement liés les uns aux autreset à la couche de support.
L'expression résistant à l'usure, dans le sens de l'invention, si- gnifie en première ligne une résistance élevée à l'usure par frottement, c9est- à-dire, une résistance élevée par rapport à l'usure due au frottement d'origine mécanique.
La nécessité d'une résistance purement mécanique à l'usure est es- sentielle pour :
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Appareils d'usinage, tels que galets de filetage, c'est-à-direles galets em- ployés dans la fabrication des pas de vis, galets de guidage et de pression, pinces, tuyères, en particulier pour la projection de jets de sabler Appareils de mesure et de vérification, tels que calibres de perçage, calibres de filetage, calibres à mâchoires, organes d'exploration, palpeurs, compas, galets à copier, pointes à copier, aiguilles pour machines parlantes de tout genre, Eléments d'appareils et de machines soumis seulement à la compression, tels que coussinets de balance, pierres pour montres, organes de paliers à billes et à rouleaux (cages de paliers, rouleaux et billes), surfaces de glissement,
paliers lisses, ainsi que tourillons, arbres et axes; Outils, par exemple pour le travail à la presse et le poinçonnage, ainsi que pour la information sans copeaux, filières, rouleaux de laminage, et de- plus couronnes de sondage particulièrement par exemple pour les sondages de rocher dars lesquels la matière de la monture pour les éléments de travail proprement dits (pièces en métaux durs, diamants bruts, etc.) est en général fortement attaquée par l'action des poussières de rocher entraînées dans l'eau sous pres- sion, de sorte que fréquemment les éléments précités, tels que les pièces en' métal dur ou les diamants se détachent de leur monture avant d'avoir été d'une façon générale utilisés d'une façon notable.
Une autre application essentielle, dans le cas des outils de sondage pour sondages profonds, consiste en l'arme- ment selon l'invention,de la partie de la tige de sonde adjacente à la couron- ne de sondage, partie qui jusqu'à présent était détruite sous l'action érosive de la poussière de rocher, de sorte que toute la couronne de sondage restait coincée, ce qui obligeait parfois à abandonner la totalité du sondage.
Dans les exemples cités jusqu'ici, il s'agissait simplement de résistance à l'usure mécanique, Dans les exemples suivants, on mentionne plu- sieurs applications de l'invention, pour lesquelles, en dehors de la résistan- ce à l'usure mécanique, il importe d'avoir également une résistance à l'usure d'origine chimique ou thermique.
Pour ces derniers genres de résistances à l'usure, la nature du liant des grains fins de diamant joue le rôle essentiel. Tandis que, dans- la recherche de la résistance à l'usure purement mécanique, il importe simple- ment de choisir comme liant une matière de grande résistance à la compression, telle qu'un alliage d'acier ou un alliage dur, (alliage au carbure de tungstè- ne), il s'agit ici d'obtenir simultanément la résistance chimique par l'emploi, par exemple d'aciers au chrome-nickel, de stellites, ou de métaux durs chromés, et d'obtenir une résistance remarquable à l'usure thermique, par utilisation d'aciers au chrome.
Comme exemples de résistance mécanique et chimique, on mentionnera les outils de refoulement pour charbons de pile ainsi que les guides-fils pour fibres artificielles qui, par la pression et l'action chimique, détruisent en un temps très court, même les couches les plus dures de métaux durs ou de car- bure de bore.
Comme exemples de résistance à l'usure à la fois mécanique et ther- mique aussi bien que chimique, on mentionnera les sièges et les têtes de soupa- pes, les segments de piston, les parois de cylindres de moteurs à combustion interne, qui sont selon l'invention munis d'une armature ou d'une protection en diamant, et possèdent ainsi une durée d'emploi notablement accrue.
Bien que ci-dessus on ait indiqué exclusivement des métaux ou des alliages métalliques comme liants pour les couches d'armature en diamant'- selon l'invention, on mentionnera expressément qu'à cet effet, on peut utiliser aussi bien les oxydes métalliques (alumine), les carbures (carbures de silicium) ou les produits céramiques. En tout cas, il importe selon l'invention, de créer une couche d'armature solide, présentant de la résistance chimique et thermique.
Les considérations exposées pour la détermination et le choix cor- rects du liant en vue d'obtenir une résistance à l'usure mécanique et acces- soirement chimique ou thermique, sont valables aussi pour le choix correct et
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la détermination correcte de la couche-support, c'est-à-dire le support de la couche d'armature.
En ce qui concerne les propriétés des grains de diamantutilisés pour la réalisation de la couche d'armature selon l'invention, leur grosseur joue un rôle particulier. On a constaté avec surprise que la résistance mécani- que à l'usure, pour une même teneur spécifique en diamant, croît brusquement lorsque la grosseur des grains diminue.
La limite supérieure se situe dans un ordre de grandeur de 0,005 mm (5 M ), toutefois on doit mentionner que pour les calibres à tolérances, des grains plus grossiers, à savoir de dimensions de particules de 0,015 mm, se sont bien comportés.
L'utilisation des couches d'armature pour les applications les plus délicates comme calibres et appareils de mesure présuppose que'les dia- mants en grains fins doivent être pratiquement privés de leurs arêtes vives, afin de ne pas provoquer de rayures dans des pièces usinées à vérifier. L'é- . moussage des grains de diamant a encore cet autre avantage, de ne laisser aucu- ne possibilité de grippage lors du contact avec la matière ou la pièce à usiner., contact dans lequel par engrènement le diamant pourrait être arraché de la couche d9armature.
Pour cette raison également il y a lieu de rechercher un é- moussage aussi poussé que possible des grains de diamant de l'armature. Cet é- moussage peut se faire soit par voie chimique, (traitement par les carbonates complètement fusibles), ou par voie thermique (chauffage à environ 1000 ) ou de la façon la plus simple par un meulage modéré des appareils munis de.la couche d'armature.. Il est particulièrement avantageux d'utiliser les grains de diamants dits grains morts, c'est-à-dire des grains qui sont déjà privés de leurs arêtes cristallines tranchantes. Un tel grain mort se détache par exemple dans les tailleries de diamants et de pierres précieuses après un long meulage et un long polissage et y est alors pratiquement sans valeur.
L'invention a donc encore en dehors de son progrès purement techni- que, une importance économique qu'il y a lieu de ne pas sous-estimer car elle représente pratiquement une utilisation précieuse d'une matière considérée presque comme déchet.
De ce qui précède, il ressort clairement que l'utilisation selon l'invention de poussière de diamant à grain fin en couches serrées, n'a rien de commun avec les outils de meulage et de polissage qui utilisent également des couches de diamant en grains fins, car dans celles-ci s'impose au contrai- re la présence sur les grains de diamants de bonnes arêtes cristallines tran- chantes. Le présent brevet n'a donc pas pour but de protéger des couches de diamant à grain,fin ou très fin pour le meulage et le polissage. On évite donc expressément et consciemment selon l'invention, tout effet de meulage ou d'en- lèvement de copeaux.
Pour la mise en place de la couche de protection selon l'invention sur son support, on peut en principe utiliser tout procédé qui a fait ses preu- ves pour la réalisation de couches de diamants d'usinage.
Une importance spéciale pour l'invention s'attache aux procédés par lesquels on réalise des revêtements protecteurs formés de poussière de diamant, minces et toutefois susceptibles de résistance.
A cet effet le procédé de dépôt connu en soi s'adapte au procédé suivant l'invention d'une façon remarquable.
La fixation galvanoplastique connue en voi de poussière fine de diamant est sans doute très commode et propre à économiser le diamant, mais elle présente l'inconvénient que ses fixations sont généralement trop molles.
Une modification, conforme à l'invention, de la fixation galvanoplastique, ainsi que'd'autres caractéristiques de l'invention, seront expliquées ci-après en rapport avec quelques exemples de réalisation, et avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 du dessin représente très schématiquement une coupe de la couche de travail s avec les grains de diamant d, déposée sur le supporu t.
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Cette figure représente de plus l'effet d'émoussage des grains de diamant pro- duit par meulage sur la face supérieure de la couche de travail.
La figure 2 représente en détail la réalisation selon l'invention, de la fixation galvanoplastique de la poussière de diamant. Tout d'abord, les grains de diamant d sont fixés sur le support t, jusque un peu au-dessus de la moitié de leur dimension, par un dépôt galvanique s. Comme en général, les dépôts galvaniques sont sans doute tenaces, mais peu solides;
on applique dans une opération spéciale, par exemple par vaporisation, dans les intervalles entre les diamants et de façon à couvrir en partie ceux-ci, une autre couche - de matière dure résistant à l'usure % par exemple de corindon ou d'un carbure dur tel que le carbure de silicium, le carbure de bore, ou le carbure de tung- stèneo Un meulage consécutif sa recommande ici en tout cas, afin de dégager les grains de de-amant éventuellement recouverts par la matière m, Eu égard à la faible '¯. tisseur de la poussière de diamant, la quantité de matière m nécessai- re pour le remplissage des intervalles est petite, et acceptable même avec le procédé, en soi coûteux, par vaporation.
Quand on utilise par exemple une pous- sière de diamant de 0,005 mm de grosseur de particules, une couche galvanique d'environ 0,003 à 0,004 mm est suffisante pour une fixation solide, de sorte qu'il ne reste à déposer par vaporisation qu'une épaisseur de 0,001 à 0,002 mm.
Même des grains de diamant plus gros, d'environ 0,015 mm de dimension, qui se sont excellemment comporté3pour la protection de calibres à tolérances après la rectification de la surface de travail, sans formation de rayures sur les per- çages à contrôler, n'exigent qu'environ 0,002 à 0,003 mm de vaporisation ou pour une couche galvanoplastique proportionnée.
Un autre procédé avantageux pour le dépôt de la couche d'armature va être maintenant décrit en référence aux figures 3 et 4 du dessin, par exem- ple qui représentent schématiquement la fabrication de galets de filetage ou de galets de guidage, de guide-fils, etc. Le galet de guide-fil f, (figure en coupe) par exemple en acier ou en bronze dur, engrène avec un galet de pression r avec contreprofil, en une matière à haute résistance, Pendant que les deux galets tournent lentement, on fait tomber entre eux de la poudre de diamant d qui se bloque en partie dans le profil du guide-fil, et en partie tombe entre les deux. On interrompt l'alimentation lorsque tout le profil actif du guide-fil est armé de façon satisfaisante avec la poussière de dia- mant.
Par rapprochement graduel des deux galets, on peut faire succéder à 1' opération d'inclusion proprement dite, par un procédé de finition par pres- sion., un profilage de précision poussé, une égalisation, et 'avant tout la fi- xation de la couche de diamant. Les avantages sont évidents -, le travail de polissage qui dans l'usinage du diamant est très long et très coûteux est sup- primée ou peut se limiter à l'émoussage des grains à arêtes vives.
De plus selon ce procédé, la couche de diamant est constituée d'une seule épaisseur de grains. Pour faciliter la lecture du dessin, on n'a pas re- présenté les galets de contrepression, les paliers, etc.
Il est particulièrement avantageux de combiner selon l'invention ce procédé de roulement, profilage, égalisation et finissage par compression avec une des méthodes modernes de préparation de couches de diamant particuliè- rement solides, par exemple par coulée, par métallisation d'un support cérami- que ou par liaison galvanoplastique. On forme tout d'abord la couche de diamant suivant un de ces procédés.
Après cela, la précision, en particulier des pro- fils avec angles rentrants tels que sur les galets de guidage ou les guide-fils pour matières provoquant une forte usure, telle que les fibres artificielles, les métaux durs, etc. est encore peu satisfaisante pour les calibres de fileta- ge ou les galets de filetage, de sorte qu'il est nécessaire pour obtenir un profilage correct d'effectuer encore un travail ultérieur de rectification, qui en soi, dans des surfaces concaves de ce genre et à cause de l'usure rapide des meules à rectifier à profil aigu, est très difficile et très long. De mène , l'augmentation de l'épaisseur de la couche, en vue du polissage augmente con- sidérablement le prix de l'outil.
Par la combinaison selon l'invention, avec le procédé par compres- sion par galet précitée la, couche de diamant peut être a priori beaucoup pl.
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mince et on peut d'une façon générale économiser le travail de rectification, soit le limiter au seul émoussage des grains. Par rapport au procédé de fixa- tion actuel;, 1 invention a de plus l'avantage d'augmenter la compacité de la couche de travail par le finissage sous pression.
On mentionnera encore la possibilité de diminuer par chauffage la consistance de la couche de diamant pendant l'opération de passage sous le galet.
Pour terminer, on signalera encore une réalisation particulière de l'invention. Lorsque, comme matière de fixation pour la poussière de diamant, on utilise des métaux, des alliages, des oxydes, etc.. qui dans le'stade final d'un frittage ou d'une diffusion de constituants d'alliage différents, par exemple jusqu'à la formation à coeur de cristaux mixtes ou de combinaisons chimiques, sont trop durs pour une mise en forme par galets, il est recomman- dable d'interrompre l'opération de formation de la couche de diamant à un sta- de préliminaire de résistance plus petite, et à cet effet, de faire succéder à l'opération du travail par galet, un chauffage, qui amené à la dureté finale désirée. De même pour la trempe par ségrégation, un chauffage consécutif est recommandable.
Le procédé selon l'invention.9 formation par roulage de couches de diamant sur une couche-support, après l'application ou après la préparation préliminaire de la couche contenant le diamant par voie galvanoplastique ou métallurgique, est en soi nouveau, et a aussi de l'importance pour la fabrica- tion d'outils en diamant en vue des applications à la rectification et au po- lissage dans les genres de réalisation précédemment décrits.