CH650962A5 - Procede et dispositif pour enfiler une electrode-fil dans un orifice d'une electrode-piece. - Google Patents

Description

L'invention se rapporte au domaine du découpage par décharges érosives éclatant entre une électrode-pièce et une électrode-fil; elle concerne un procédé et un dispositif pour faire passer le bout de l'électrode-fil à travers un orifice de départ ou une fente d'usinage située dans l'électrode-pièce, selon lequel on crée un écoulement de fluide dans cet orifice dans le sens du passage du fil.

On connaît déjà plusieurs dispositifs utilisant un fluide pour réaliser un enfilage automatique. On peut citer par exemple les brevets US N05 3891819 et 3987270 et le brevet japonais N 56-10130. Une buse, située dans l'axe de l'orifice d'enfilage, a pour rôle de créer un jet d'eau coaxial au fil et orienté dans le sens de pénétration du fil. On obtient ainsi un effet de guidage et, au moins en partie, un effet d'entraînement grâce aux frottements résultant de la viscosité de l'eau.

On remarque que l'orifice de la pièce à enfiler joue un rôle passif; on peut même dire qu'il constitue un obstacle lorsque son diamètre est plus petit que celui du jet produit par la buse située à l'extérieur de la pièce. En effet, le jet se brise en partie à l'entrée de l'orifice et le manteau d'eau ne joue un rôle efficace de guidage et d'entraînement que dans l'espace libre situé entre la buse et la pièce.

Dans ces conditions, on réalise facilement que, si l'axe du fil ne coïncide pas exactement avec l'axe de l'orifice d'entrée, il y a de grandes chances pour que le fil vienne buter contre les bords de cet orifice et se mette à se plier sous l'effet de la poussée exercée par un dispositif mécanique. L'expérience a confirmé que, à cause des inconvénients qui viennent d'être cités, les dispositifs mentionnés au début ne permettent pas d'enfiler des fils de très petit diamètre, comme 1/10 mm, dans des orifices de 2 à 3/10 mm.

Les erreurs de centrage proviennent essentiellement du fait que le fil est toujours un peu déformé, par exemple parce qu'il a été enroulé sur une bobine de petit diamètre.

On a imaginé de redresser ce fil grâce à un traitement thermique combiné avec une traction appropriée (étirage à chaud). Un tel procédé convient particulièrement bien pour le cuivre et les alliages riches en cuivre; ce métal fond à 1000 C et il se déforme plastique-

ment à des températures de l'ordre de 600 C. En revanche, le tungstène et le molybdène fondent aux environs de 3000 C et un traitement thermique efficace se heurte à de grandes difficultés techniques, voire à des impossibilités.

Il est bien entendu que tout dispositif d'enfilage automatique, même imparfait, peut réussir à coup sûr l'opération d'enfilage, à condition que le diamètre de l'orifice d'entrée pratiqué dans la pièce soit plusieurs fois supérieur au diamètre du fil, par exemple 5 fois. Mais cela entraîne d'abord l'inconvénient d'une perte de temps pour percer cet orifice; de plus, on se heurte parfois à des impossibilités par suite du manque de place. En effet, on peut être contraint d'adopter un diamètre de l'orifice d'entrée qui ne soit pas beaucoup plus grand que le diamètre du fil, d'où des difficultés accrues d'enfilage qui ne peuvent pas être résolues par les dispositifs connus à ce jour.

La présente invention a pour but d'éliminer ces difficultés et d'obtenir, de façon sûre, l'introduction automatique du fil.

Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à disposer une enceinte autour de l'extrémité libre du fil, cette enceinte présentant un trou de sortie pour le fil et étant appliquée contre l'électrode-pièce, à placer l'extrémité du fil à proximité dudit orifice, à introduire un fluide sous pression dans ladite enceinte pour produire un flux de fluide convergeant vers cette extrémité, à amener le bout du fil dans ce flux convergeant et à pousser le bout du fil à travers cet orifice.

Le dessin annexé montre, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution d'un dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention.

La fig. 1 est une représentation schématique d'une machine connue pour le découpage d'une pièce par décharges érosives éclatant entre un fil et cette pièce.

La fig. 2 illustre un défaut majeur de la technique citée à la fig. 1.

La fig. 3 illustre le fonctionnement du procédé selon l'invention.

La fig. 4 montre une première forme d'exécution d'un dispositif selon l'invention.

La fig. 5 montre un perfectionnement du dispositif de la fig. 4.

La fig. 6 montre une seconde forme d'exécution d'un dispositif selon l'invention.

La fig. 7 montre une troisième forme d'exécution d'un dispositif selon l'invention.

La fig. 1 montre schématiquement une machine, selon l'état actuel de la technique, pour le découpage érosif d'une pièce 2 par un fil 1. Un générateur non représenté est connecté, d'une part, au fil grâce à des contacts frotteurs 17 et 25 montés en parallèle et, d'autre part, à la pièce 2. Ce générateur fait éclater des décharges érosives entre le fil et la pièce et, grâce à un ensemble non représenté comprenant une commande numérique et au moins deux moteurs, le fil est déplacé par rapport à la pièce et découpe cette dernière selon un tracé désiré.

Un bras-support supérieur 3 porte l'ensemble amont des organes d'entraînement et de guidage du fil et un bras-support inférieur 4 porte l'ensemble aval. On reconnaît successivement un panneau 5 sur lequel est montée une bobine 6 débitant le fil et un moteur 7 ; ce dernier entraîne un support mobile 8 qui coulisse sur une glissière verticale non représentée. Ce support mobile 8 porte une poulie 9 sur laquelle est monté un moteur 10 qui, en mode normal d'usinage, exerce un couple de freinage; une roulette 11, appuyée contre la poulie 9 grâce à un ressort, empêche le fil de patiner. Immédiatement après, le fil est pris en charge par un conduit de guidage 13 jusqu'à un bloc 14 qui comprend un premier guide amont 15, un deuxième guide amont 16, et entre ces deux guides un contact mobile 17 dessiné en position rétractée. Sous l'effet d'un vérin, ce contact vient dans une position de travail où il écarte légèrement le fil de la verticale de manière qu'il vienne s'appuyer contre une surface de guidage en forme d'une gorge en V pratiquée dans le guide 16. Ce contact 17 entre en service non seulement pour amener le courant d'usinage, mais aussi pour une éventuelle opération de recuit qui précède l'opération d'enfilage.

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Pour les fils en cuivre ou en alliage riche en cuivre, il est en effet avantageux de redresser le fil en faisant circuler un courant fourni par un générateur de chauffage 18 entre les contacts 17 et 12, ce dernier étant un frotteur agissant sur l'axe de la poulie 9 en métal. Ce traitement thermique est effectué sous une faible traction obtenue par un réglage particulier du circuit qui commande le couple de freinage du moteur 10.

Une buse d'injection coaxiale 19 est solidaire du bloc 14 et alimentée en fluide sous pression amené par la conduite 20. La fonction connue de cette buse est de créer un manteau d'eau ou d'air comprimé qui entoure le fil 1 et s'écoule à grande vitesse en direction d'un orifice d'entrée 21 pratiqué dans la pièce 2 à enfiler. Les forces hydrodynamiques ainsi créées tendent à centrer le fil et à l'entraîner vers le bas. Toutefois, la force d'entraînement est relativement faible et le fil est essentiellement poussé à faible vitesse par la poulie 8 entraînée par le moteur 10. Pendant l'usinage, la buse 19 peut également servir à renouveler la diélectrique dans la zone d'usinage. Sous la buse, on trouve encore deux couteaux 22 et 23 qui permettent de sectionner le fil pour passer d'un contour fermé à un autre.

Le bras-support inférieur 4 porte un guide aval 24, un contact aval 25, deux poulies 26 et 27 avec deux courroies 28 et 29. Ces derniers éléments 26 à 29 sont entraînés par un moteur non représenté et, lors d'un enfilage, ces éléments happent le fil à la sortie de la pièce et l'entraînent à l'extérieur de la machine grâce à un organe d'évacuation 30. Il faut remarquer que le fil est tiré à vitesse constante et qu'il est freiné par le moteur 10 monté sur la poulie 9. En modifiant le couple de freinage, on règle du même coup l'effort de traction sur le fil.

La fig. 2 illustre un inconvénient majeur du dispositif d'enfilage à buse d'injection qui vient d'être décrit dans le cadre de la fig. 1. On retrouve, avec la même numérotation, le fil 1, la pièce 2 avec son orifice d'entrée 21, la buse d'injection 19, dessinée à plus grande échelle et en plein, avec sa conduite 20 d'alimentation en fluide, par exemple eau sous pression. On a représenté, en plus, le jet 31 qui est coaxial au fil à la sortie de la buse, mais qui se brise à l'entrée de l'orifice 21 supposé de petit diamètre, comme expliqué plus haut (on rencontre des cas en micromécanique où l'on est contraint d'adopter un petit diamètre). Deux lignes de courant 45 et 46 illustrent le flux divergeant qui se produit à l'entrée de l'orifice 21. On réalise bien que, si le fil est accidentellement décentré, par exemple à cause d'une déformation permanente de petit rayon de courbure, il va s'engager dans un flux divergent et heurter les bords de l'orifice d'entrée, le jet étant incapable de ramener le fil au centre.

La fig. 3 illustre le procédé d'enfilage selon l'invention où l'on établit dans un fluide, à proximité de l'entrée d'un orifice 21 pratiqué dans une pièce 2, une surpression de manière à créer un écoulement convergeant en direction de ladite entrée; simultanément, on approche lentement le bout du fil 1. En cas de défaut de centrage, il s'exerce sur le fil des forces hydrodynamiques qui tendent à le ramener dans l'axe de l'orifice 21. Dans une large mesure, on évite au fil de heurter les bords de l'orifice et on élimine les difficultés mentionnées dans l'introduction et dans le cadre de la fig. 2. Cet effet d'autocentrage ne se produit que si un volume suffisant de fluide est mis sous pression, de manière qu'une partie des lignes de courant soient presque horizontales et convergent radialement comme le montre la fig. 3.

Le fluide utilisé peut être de l'air, de l'eau, de l'huile ou même une pâte; l'avantage est que plus la viscosité est grande, plus les forces hydrodynamiques d'autocentrage sont élevées.

Pour mettre en oeuvre le procédé, il faut coiffer l'orifice d'entrée d'une cloche ou enceinte étanche alimentée en fluide sous pression. Cette cloche doit présenter un volume suffisant pour qu'un écoulement avec convergence radiale puisse se développer.

En conséquence, le diamètre intérieur de la cloche doit être nettement supérieur au diamètre de l'orifice à enfiler.

La fig. 4 montre une première forme d'exécution d'un dispositif selon l'invention. On retrouve le bloc cylindrique 14 avec les guides 15 et 16, le contact amovible 17, les couteaux 22 et 23. Ce bloc 14 est situé sur une machine telle que celle de la fig. 1. La pièce 8 qui porte le bloc 14 peut coulisser verticalement, ce qui permet de placer les couteaux 22 et 23 à proximité immédiate de la pièce 2. Cette forme d'exécution comporte une chambre étanche 37 réalisée à l'aide d'un cylindre 33, ouvert vers le bas, et qui coulisse sur le bloc 14. Pour l'opération d'enfilage, ce cylindre 33 est plaqué contre la pièce 2 par un ressort 34 et l'étanchéité est assurée par un O-Ring 38. Bien entendu, toute disposition a été prise pour faire coïncider l'axe défini par les guides 15 et 16 avec l'axe de l'orifice 21. Tout léger défaut d'alignement, provenant par exemple d'une imperfection de la machine ou d'un fil accidentellement déformé, est compensé par des forces hydrodynamiques, comme expliqué en référence à la fig. 3.

La fig. 4 montre qu'un fluide injecté sous pression par la conduite 31 est forcé de s'écouler d'abord par l'orifice 32 du bloc 14, puis par l'orifice 21 de la pièce. Simultanément, le fil est poussé vers le bas grâce au dispositif de poussée qui alimente le bloc 14 en fil 1 par le tube de guidage 13. Ce dispositif de poussée est par exemple celui de la fig. 1, qui comprend une poulie 9 entraînée par un moteur 10 et une roulette antipatinage 11. L'effet d'entraînement vers le bas et de centrage qui s'exerce au voisinage de l'entrée de l'orifice 21 peut être renforcé en admettant un fluide sous haute pression, et surtout en adoptant un liquide plus visqueux que l'eau, comme par exemple une huile à base de silicone.

Pour l'opération d'usinage, il est indispensable de relever la cloche formée par le cylindre 33 de manière à éviter l'accumulation de gaz. Cela est impératif, car une bulle emprisonnée, venant en contact avec le fil, en provoque immédiatement la rupture; de plus, si le volume de gaz emprisonné est important, il y a réel danger d'explosion. Pour éliminer tous ces risques, un fluide sous pression est admis dans la chambre 35 grâce à une conduite 36, ce qui a pour effet de mettre le cylindre 33 en position haute et de permettre ainsi l'échappement libre des bulles de gaz inévitablement produites par l'usinage. Enfin, dans le cas de la fig. 4, il faut comprendre que, si un fluide spécifique à l'enfilage est utilisé, un dispositif extérieur non représenté permet d'assurer la communication pour pouvoir admettre par la conduite 31 un liquide diélectrique spécifique à l'usinage, lequel liquide s'écoule par l'orifice 32 qui joue dans ce cas le rôle de buse d'injection.

La fig. 5 montre une variante où le fluide spécifique à l'enfilage est admis annulairement dans la chambre 37 et non plus axialement. Cette disposition présente l'avantage de forcer les lignes de courant à avoir de fortes composantes horizontales et ainsi de mieux mettre en œuvre le principe de la fig. 3. Dans l'exemple de la fig. 5, cette admission annulaire est réalisée au moyen d'une série d'orifices circulaires ou oblongs disposés en couronne; la figure en montre seulement deux orifices 39 et 40. Pour forcer l'écoulement à se faire selon les lignes de courant représentées, le diamètre de l'orifice 32 a dû être réduit à une valeur juste suffisante pour laisser passer le fil et il faut comprendre que le renouvellement de diélectrique dans la zone d'usinage est assuré par une buse d'injection non représentée située sous la pièce 2. Enfin, pour des raisons de clarté, le plan vertical des couteaux a été tourné de 90 et l'on ne voit dans l'axe que le couteau

La fig. 6 montre deux perfectionnement pouvant être utilisés séparément ou simultanément. Tout d'abord, on admet que l'on dispose d'une machine comme celle de la fig. 1 où le support 8 qui porte le bloc 14 coulisse verticalement sous l'action d'un moteur 7 commandé numériquement, de manière que ce soit ce mouvement vertical d'ensemble du support 8 et du bloc 14 qui crée une enceinte étanche 37 par mise en position basse. Bien entendu, cela exige une commande en position précise du moteur 7 de la fig. 1 pour éviter une poussée trop forte contre la pièce 2; on peut aussi envisager un système de limitation de couple. L'étanchéité est toujours assurée par un O-Ring 38. L'avantage de cette réalisation est qu'elle permet de donner à la chambre 37 une forme particulière forçant la convergence des lignes de courant en direction de l'entrée de l'orifice 21. Cette forme est celle de deux cônes coaxiaux tournés dans le bloc 14 et elle présente une grande analogie avec celle de la buse 19 montrée à la fig. 1.

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Le deuxième perfectionnement réside dans l'alimentation indépendante en fluide spécifique à l'enfilage. Une conduite supplémentaire 44 amène maintenant ce fluide directement à la chambre annulaire 41 qui elle-même alimente la chambre de surpression 37 par les orifices 39 et 40 disposés en couronne. Cette réalisation présente 5 l'avantage de permettre l'usage d'un liquide très visqueux, voire pâteux, sans risque d'encrasser l'intérieur du bloc 14 qui contient les organes délicats, déjà mentionnés, de guidage et d'entraînement.

Un tel liquide présente l'avantage d'augmenter les forces hydrodynamiques qui tendent à centrer le fil. En usinage le liquide diélec- 10 trique doit être admis de toute façon par la conduite 31 de manière à immerger le contact d'amenée de courant d'usinage.

La fig. 7 montre une forme d'exécution dans laquelle la chambre de surpression 37 est formée à l'aide d'une pièce mobile, à savoir une couronne 42 fixée à l'extrémité d'un soufflet 43, qui est lui-même fixé 15 par son autre extrémité au bloc 14. C'est maintenant le fluide d'enfilage admis par la conduite 40 qui crée une force plaquant la couronne 42 contre la pièce 2, l'étanchéité étant toujours assurée par un O-Ring 38. En coupant l'admission par la conduite 44 du fluide d'enfilage sous pression, le soufflet 43 agit comme un ressort et replie 20 spontanément la couronne 42 en position haute, c'est-à-dire éloignée de la pièce. En se référant à la fig. 7, on comprend que, pendant l'usinage, la couronne reste en position de retrait, malgré l'admission du diélectrique sous pression par la conduite 31, grâce au découplage des deux fluides. Cette forme d'exécution est particulièrement 25 avantageuse par sa simplicité, puisqu'on évite la commande auxiliaire des fig. 4 et 5, et aussi la nécessité de mettre en position précise le bloc 14, comme c'est le cas dans la fig. 6. Bien entendu, tout élément extensible peut être utilisé à la place du soufflet 43.

Une variante d'exécution consiste à fixer les couteaux non pas au 30 bloc 14, mais sur la couronne 42; de cette manière, les couteaux peuvent être amenés automatiquement à proximité immédiate de l'entrée amont de l'orifice 21.

Il est à relever que le dispositif selon l'invention peut permettre d'enfiler un fil dans la fente d'usinage en cas de rupture accidentelle. 35 Dans ce cas, il est intéressant d'utiliser quand même les couteaux pour obtenir un sectionnement net; c'est pourquoi on fait descendre le soufflet pour cette opération et l'on injecte simultanément de l'eau sous pression de manière à chasser hors de la fente le bout de fil coupé et les débris d'usinage. 40

En conclusion, on peut rappeler que l'avantage capital de l'invention est de permettre de ramener dans l'axe de l'orifice un fil accidentellement décentré. En d'autres termes, on peut réaliser l'enfilage même en cas de petites erreurs provenant de la machine ou le plus souvent de déformations du fil. Ces déformations peuvent résulter du stockage du fil sur une bobine de petit diamètre et de l'impossibilité de le redresser, comme c'est le cas du fil de molybdène; elles peuvent aussi survenir accidentellement dans la machine, par exemple à cause de couteaux émoussés. Enfin, les fils de très petit diamètre, comme 1/10 mm et moins, sont caractérisés par une absence presque totale de rigidité, et des forces parasites insignifiantes suffisent à les courber, d'où l'importance de créer des forces de rappel ou d'autocentrage par le procédé faisant l'objet de la présente invention.

Si, après une opération d'enfilage, les dispositifs de guidage du fil ne sont pas alignés avec l'orifice de départ, le bout du fil est tiré par le dispositif d'entraînement et, sous l'effet de la traction exercée sur le fil, ce dernier est poussé contre les bords de cet orifice. Dans ce cas, il se produit un court-circuit entre le fil et la pièce qui empêche l'amorçage des décharges.

L'installation devrait alors être complétée par un système bien connu de touche électrique qui pourrait par exemple fonctionner dans ce cas de la manière suivante:

1) Le système de touche électrique détecte le court-circuit entre le fil et la pièce.

2) La machine entreprend un programme de recherche systématique en effectuant des déplacements relatifs des électrodes selon par exemple des cercles concentriques, spirales ou d'autres formes de trajectoires.

3) Au cours de cette recherche, le système de touches électrique constate l'absence de contact entre le fil et la pièce.

4) La machine revient en usinage jusqu'au point de départ du programme de la découpe, ou éventuellement la machine centre le fil sur l'orifice d'enfilage et découpe la forme programmée, après avoir fait les changements nécessaires de coordonnées.

Ces opérations sont nécessaires pour des fils normaux en cuivre, laiton, acier ou tungstène; en revanche, pour des fils revêtus d'un film d'oxyde, l'usinage peut s'amorcer même lors d'un contact entre le fil et la pièce, et ces opérations ne sont pas indispensables.

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3 feuilles dessins

Claims (4)

650 962 REVENDICATIONS

1. Procédé pour enfiler, à l'aide d'un fluide, le bout d'une électrode-fil dans un orifice de départ ou une fente d'usinage d'une électrode-pièce dans une machine à découper par décharges électriques érosives, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer une enceinte autour de l'extrémité libre du fil, cette enceinte présentant un trou de sortie pour le fil et étant appliquée contre l'électrode-pièce, à placer l'extrémité du fil à proximité dudit orifice, à introduire un fluide sous pression dans ladite enceinte pour produire un flux de fluide convergeant vers cette extrémité, à amener le bout du fil dans ce flux convergeant et à pousser le bout du fil à travers cet orifice.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on éloigne ladite enceinte de la pièce après l'enfilage du fil dans ledit orifice et avant d'effectuer le découpage de la pièce par décharges électriques érosives.

3. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte constituée par une partie mobile en forme de cloche à travers laquelle passe le fil, des moyens pour rapprocher cette cloche de la surface de la pièce pendant une opération d'enfilage de façon à couvrir au moyen de cette cloche l'une des extrémités de l'orifice de départ, des moyens pour introduire un fluide sous pression à l'intérieur de cette cloche, des moyens pour amener le bout du fil à proximité dudit orifice de départ et le pousser à travers cet orifice.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour éloigner la cloche de la pièce après le passage du bout du fil à travers l'orifice.