Procédé de superfinition d'une pièce mécanique par brunissage et outil pour la mise en aeuvre de ce procédé La présente invention a pour objet un pro cédé de superfinition, par brunissage, c'est-à- dire polissage avec écrouissage, d'une pièce mécanique.
Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on applique sur la surface à usiner au moins une couronne de billes roulant sur un support, et l'on provoque un déplacement re latif entre la pièce et la couronne tout en exer çant une pression d'application telle que le brunissage de la surface à usiner est obtenu par le roulement des billes qui se meuvent se lon des hélices par rapport à la surface à usiner.
L'invention englobe également un outil pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus défini. Cet outil est caractérisé par le fait qu'il com prend un support muni d'au moins deux cy lindres rotatifs parallèles, une couronne de bil les disposées dans un plan de symétrie paral lèle aux axes des cylindres et situé entre ceux- ci, les billes étant maintenues entre les deux cylindres par des armatures de guidage entou rant la couronne.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, plusieurs formes d'exécution de l'outil se lon l'invention.
La première forme d'exécution est illus trée à l'aide des fig. 1 à 5. La fig. 1 est une coupe partielle suivant la ligne 1-1 de la fig. 2. La fig. 2 est une vue en coupe transversale de l'outil, suivant la ligne <I>I1-11</I> de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en plan par-dessus de la carcasse tournante.
La fig. 4 est une vue en élévation partielle de l'outil.
La fig. 5 est une coupe de détail, par la ligne V-V de la fig. 3.
La fig. 6 est une coupe transversale sché matique d'une seconde forme d'exécution. La fig. 7 est une vue en élévation simpli fiée d'un outil selon une troisième forme d'exé cution, avec dispositif de commande.
Dans la première forme d'exécution repré sentée, l'outil de brunissage possède un cône double 3 - 4 destiné à être fixé dans la broche rotative d'une machine appropriée au travail que l'on veut exécuter, par exemple une per ceuse ou une fraiseuse. Le cône double 3 - 4 est fixé par un tirant 6 à la carcasse de l'outil qui comprend deux plaques circulaires d'extré mité dites extérieures 7 et 12, deux plaques circulaires d'extrémité intérieures 13 - 14 plus rapprochées que les premières et une enveloppe cylindrique crénelée 15 encastrée entre les portées annulaires 16, 17 et les crénelures des plaques d'extrémité extérieures 7 et 12. Cette enveloppe assure la concentricité des quatre plaques d'extrémité.
Les plaques d'extrémité intérieures 13 et 14 sont assemblées au moyen de trois axes courts 36, 37 et 38 coopérant avec des vis 21 22. La partie centrale de chaque axe court tel que 36 a un diamètre plus grand que les par ties terminales et forme ainsi deux épaulements 23 - 24 sur lesquels prennent appui deux em bouts de forme sphérique 25 - 26 maintenus encore par des bagues d'espacement 27 par tiellement engagées chacune dans le fond d'une creusure arrondie 28, respectivement 29, que présentent les plaques d'extrémité intérieures 13 - 14. Un cylindre rotatif creux 30 tourne autour de l'axe court 36 par l'intermédiaire de deux roulements à aiguilles 31 - 32 (fig. 1).
Les deux autres axes courts 37 et 38 sont disposés à 120 du premier par rapport à l'axe géométrique A de la carcasse cylindrique. Ils sont également munis d'embouts sphériques et de cylindres rotatifs creux 42 - 43 identi ques au cylindre 30.
Les plaques d'extrémité extérieures 7 et 12 sont assemblées au moyen de trois axes longs 18 - 19 - 20 et des vis de serrage corres pondantes 39 - 40. Les axes longs sont munis, comme les axes courts, d'embouts sphériques et de cylindres rotatifs 33 - 34 - 35 montés sur roulements à aiguilles non représentés.
La carcasse tournante supporte donc trois paires de cylindres rotatifs à 1200 l'une de l'au tre.
Les creusures arrondies 28, 29 constituent, en combinaison avec les -embouts sphériques 25, 26 de chaque cylindre tel que 30, 42 et 43 sur axe court et les embouts sphériques de chaque cylindre voisin 33, 34 et 35 monté sur axe long, un canal de guidage pour trois cou ronnes de billes 45, 46 et 47. Les billes de la couronne 45 ont leurs centres situés >dans un plan de symétrie<I>SI</I> parallèle aux axes des cy lindres 30 et 33 et disposé entre ceux-ci. Les deux autres couronnes de billes 46 et 47, ana logues à la première, ont leurs centres situés dans les plans de symétrie S2 respectivement S3 des deux autres paires de cylindres. Sur la fig. 1, pour la clarté du dessin, on n'a pas représenté la couronne de billes 45.
Les trois couronnes de billes 45 - 46 - 47 font partiellement saillie à travers des ouver tures allongées 48, 49 et 50 que présente l'en veloppe 15.
Les plaques d'extrémité intérieures présen tent deux fraisures diamétrales à flancs paral lèles 51, 52 dans lesquelles sont engagés les manetons excentriques 53 de l'arbre 54 porté par des paliers 55 que présentent les plaques d'extrémité extérieures 7 et 12. L'arbre 54 se prolonge en dehors de la plaque 7 par une tête hexagonale de commande 60 munie d'un in dex se déplaçant- le long d'une graduation cir culaire 61 (fig. 3).
Grâce à ce dispositif, on peut, en faisant tourner la tête 60 avec une clé, produire un déplacement angulaire des plaques d'extrémité intérieures -13 et 14 par rapport aux plaques extérieures 7 et 12, c'est- à-dire écarter plus ou moins les premiers cy lindres 30, 42, 43 sur axes courts, des seconds cylindres 33, 34, 35 sur axes longs des trois paires de cylindres. Quand cet écartement est maximum, la quantité dont les billes font sail lie hors des ouvertures allongées 48, 49, 50 est minimum. Le diamètre utile d'usinage est aussi minimum. Au contraire, quand cet écartement entre le premier et le deuxième cylindre de chaque paire est minimum, la quantité dont les billes font saillie est maximum et le diamètre d'usinage est aussi maximum.
La plaque d'extrémité 7 présente une per foration 63 pour le passage, avec jeu laté ral supérieur à la quantité que nécessite la manoeuvre de l'excentrique, d'une vis de blo cage 64 en prise dans un trou taraudé 65 de la plaque d'extrémité intérieure voisine 13 (fig. 5). La tête de cette vis et une rondelle d'appui 66 coopèrent avec le taraudage 65 pour blo quer ensemble les plaques 7 et 13 quand on a terminé la manoeuvre de l'excentrique.
On a représenté en C un fragment de cy lindre creux dont on veut effectuer la super- finition.
Cette forme d'exécution convient particuliè rement à la superfinition avec écrouissage, des cylindres de moteurs, de compresseurs, de vé rins et autres machines.
Le travail de l'outil est le suivant Par un mouvement de rotation de l'outil ou de la pièce C, les billes tournent sur elles-mê mes en faisant tourner les cylindres et par le déplacement axial de l'outil, les billes décri vent des hélices et toute la couronne de billes tourne autour d'elle-même entre les cylindres. La pression d'application des billes sur la pièce à usiner est obtenue par la manoeuvre de l'excentrique dans un sens tel que les billes tendent à s'écarter radialement hors de la carcasse.
Pour cette première forme d'exécution, on a supposé que l'outil est entraîné par la broche verticale d'une perceuse ou d'une fraiseuse. Mais on pourrait aussi monter l'outil dans une machine à broche horizontale, par exemple un tour, et opérer suivant l'alternative : l'ou til peut tourner dans la pièce maintenue dans la poupée fixe ou bien l'outil peut être fixe et la pièce mobile.
Suivant une deuxième forme d'exécution qui dérive directement de la première, l'outil peut servir à l'usinage extérieur d'une pièce cylindrique qui devra dans ce cas être entou rée par les couronnes de billes roulantes. La pièce à usiner sera naturellement placée sui vant l'axe de la carcasse tournante, désignée par le chiffre de référence 70 à la fig. 6. Cette carcasse porte trois paires de cylindres 71 - 72, et trois couronnes de billes 73, 74, 75 faisant saillie par des ouvertures pratiquées dans la paroi cylindrique intérieure 76 de la carcasse. Le mécanisme à excentrique, d'un type ana logue à celui décrit plus haut, sera utilisé pour solliciter les billes en direction radiale centri pète au fur et à mesure du brunissage.
Suivant la troisième forme d'exécution (fig. 7) l'outil comprend un bâti de support 80 por tant au moins deux paires de cylindres rota tifs 81, 82 avec couronnes de billes afférentes 83, 84, ce bâti présentant une paroi cylindri que concave 85 percée d'ouvertures allongées suivant des génératrices par où les billes font saillie. Cet outil est destiné à faire partie d'une machine dont la fonction est de polir et bru nir l'extérieur de pièces cylindriques telles que la pièce E montée rotativement entre des cen tres 89. La rotation de la pièce E est assurée par un disque d'entraînement 86 à grand coef ficient de frottement, monté sur un support 88.
La pression de la pièce contre les billes 83, 84 de l'outil est produite par une avance du cha riot 87 de la machine sur lequel est fixé le sup port 80 de l'outil, dans une direction radiale par rapport au disque 86. Cette avance tend à rapprocher entre eux le disque d'entraîne ment et l'outil.
Process for superfinishing a mechanical part by burnishing and a tool for implementing this process The present invention relates to a process for superfinishing, by burnishing, that is to say polishing with work hardening, of a part. mechanical.
This method is characterized by the fact that at least one ring of balls rolling on a support is applied to the surface to be machined, and a relative displacement is caused between the part and the ring while exerting a pressure of Application such as the burnishing of the surface to be machined is obtained by the rolling of the balls which move along the propellers relative to the surface to be machined.
The invention also encompasses a tool for implementing the method defined above. This tool is characterized by the fact that it comprises a support provided with at least two parallel rotating cylinders, a ring of cylinders arranged in a plane of symmetry parallel to the axes of the cylinders and located between them, the balls being held between the two cylinders by guide frames surrounding the crown.
The appended drawing represents, by way of example, several embodiments of the tool according to the invention.
The first embodiment is illustrated with the aid of FIGS. 1 to 5. FIG. 1 is a partial section taken on line 1-1 of FIG. 2. FIG. 2 is a cross-sectional view of the tool, taken along the line <I> I1-11 </I> of FIG. 1.
Fig. 3 is a top plan view of the rotating frame.
Fig. 4 is a partial elevational view of the tool.
Fig. 5 is a detail section, taken on the line V-V of FIG. 3.
Fig. 6 is a dry cross section of a second embodiment. Fig. 7 is a simplified elevational view of a tool according to a third embodiment, with a control device.
In the first embodiment shown, the burnishing tool has a double cone 3 - 4 intended to be fixed in the rotary spindle of a machine suitable for the work to be performed, for example a drill or a milling machine. The double cone 3 - 4 is fixed by a tie rod 6 to the frame of the tool which comprises two circular end plates called outer 7 and 12, two circular inner end plates 13 - 14 closer together than the first and a crenellated cylindrical casing 15 embedded between the annular bearing surfaces 16, 17 and the crenellations of the outer end plates 7 and 12. This casing ensures the concentricity of the four end plates.
The inner end plates 13 and 14 are assembled by means of three short pins 36, 37 and 38 cooperating with screws 21 22. The central part of each short pin such as 36 has a larger diameter than the end parts and thus forms two shoulders 23 - 24 on which bear two ends of spherical shape 25 - 26 still maintained by spacing rings 27 each partially engaged in the bottom of a rounded recess 28, respectively 29, which the plates present inner end ends 13 - 14. A hollow rotary cylinder 30 rotates around the short axis 36 by means of two needle bearings 31 - 32 (fig. 1).
The other two short axes 37 and 38 are arranged at 120 from the first with respect to the geometric axis A of the cylindrical carcass. They are also fitted with spherical ends and hollow rotating cylinders 42 - 43 identical to cylinder 30.
The outer end plates 7 and 12 are assembled by means of three long pins 18 - 19 - 20 and the corresponding clamping screws 39 - 40. The long pins are provided, like the short pins, with spherical ends and rotary cylinders 33 - 34 - 35 mounted on needle bearings not shown.
The rotating carcass therefore supports three pairs of rotating cylinders 1200 one from the other.
The rounded recesses 28, 29 constitute, in combination with the spherical ends 25, 26 of each cylinder such as 30, 42 and 43 on a short axis and the spherical ends of each neighboring cylinder 33, 34 and 35 mounted on a long axis, a guide channel for three crowns of balls 45, 46 and 47. The balls of the crown 45 have their centers located> in a plane of symmetry <I> SI </I> parallel to the axes of the cylinders 30 and 33 and arranged between these. The other two rings of balls 46 and 47, analogous to the first, have their centers located in the planes of symmetry S2 respectively S3 of the other two pairs of cylinders. In fig. 1, for clarity of the drawing, the ring of balls 45 has not been shown.
The three rings of balls 45 - 46 - 47 partially protrude through elongated openings 48, 49 and 50 in casing 15.
The inner end plates have two diametral countersinks with parallel flanks 51, 52 in which are engaged the eccentric crankpins 53 of the shaft 54 carried by bearings 55 which the outer end plates 7 and 12 have. shaft 54 is extended outside the plate 7 by a hexagonal control head 60 provided with an in dex moving along a circular graduation 61 (fig. 3).
Thanks to this device, it is possible, by rotating the head 60 with a wrench, to produce an angular displacement of the inner end plates -13 and 14 with respect to the outer plates 7 and 12, that is to say to move more or less the first cylinders 30, 42, 43 on short axes, second cylinders 33, 34, 35 on long axes of the three pairs of cylinders. When this spacing is maximum, the amount by which the balls protrude out of the elongated openings 48, 49, 50 is minimum. The useful machining diameter is also minimum. On the contrary, when this spacing between the first and the second cylinder of each pair is minimum, the quantity of which the balls protrude is maximum and the machining diameter is also maximum.
The end plate 7 has a perforation 63 for the passage, with lateral play greater than the quantity required for the operation of the eccentric, of a locking screw 64 engaged in a tapped hole 65 of the plate adjacent inner end 13 (fig. 5). The head of this screw and a support washer 66 cooperate with the internal thread 65 to block the plates 7 and 13 together when the operation of the eccentric has been completed.
Represented at C is a fragment of a hollow cylinder, the superfinishing of which is to be carried out.
This embodiment is particularly suitable for superfinishing with strain hardening, cylinders of engines, compressors, cylinders and other machines.
The work of the tool is as follows By a rotational movement of the tool or part C, the balls turn on themselves by rotating the cylinders and by the axial displacement of the tool, the balls described wind propellers and the whole crown of balls revolves around itself between the cylinders. The application pressure of the balls on the workpiece is obtained by maneuvering the eccentric in a direction such that the balls tend to move radially away from the carcass.
For this first embodiment, it has been assumed that the tool is driven by the vertical spindle of a drill or a milling machine. But we could also mount the tool in a machine with a horizontal spindle, for example a lathe, and operate according to the alternative: the tool can turn in the part held in the fixed headstock or the tool can be fixed and the moving part.
According to a second embodiment which derives directly from the first, the tool can be used for the external machining of a cylindrical part which must in this case be surrounded by the crowns of rolling balls. The part to be machined will naturally be placed along the axis of the rotating frame, designated by the reference numeral 70 in fig. 6. This carcass carries three pairs of cylinders 71-72, and three rings of balls 73, 74, 75 projecting through openings made in the inner cylindrical wall 76 of the carcass. The eccentric mechanism, of a type similar to that described above, will be used to urge the balls in the radial direction centri fate as the burnishing progresses.
According to the third embodiment (fig. 7) the tool comprises a support frame 80 for at least two pairs of rotating cylinders 81, 82 with associated rings of balls 83, 84, this frame having a cylindrical wall concave 85 pierced with elongated openings along generatrices through which the balls protrude. This tool is intended to be part of a machine whose function is to polish and burnish the exterior of cylindrical parts such as part E mounted rotatably between centers 89. Part E is rotated by a disc drive 86 with high coefficient of friction, mounted on a support 88.
The pressure of the part against the balls 83, 84 of the tool is produced by an advance of the carriage 87 of the machine on which the support 80 of the tool is fixed, in a radial direction with respect to the disc 86. This advance tends to bring the drive disc and the tool closer together.