CH664718A5 - Dispositif de delivrance d'une solution d'usinage pour une machine a decharges electriques a fil decoupeur. - Google Patents

Description

DESCRIPTION

La présente invention concerne un dispositif pour délivrer une solution d'usinage à un interstice entre une électrode-fil et un matériau à usiner dans une machine à décharge électrique du type à fil découpeur.

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Il apparaît bien de l'équation considérée ci-dessus que, dans le cas où la résistance de limitation de courant R est augmentée pour diminuer la rugosité de la surface usinée, l'impédance R0 de Vinter-

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stice interélectrode est faible, c'est-à-dire que V0 < V, ce qui signifie qu'il est parfois impossible d'obtenir une tension suffisante pour provoquer une décharge électrique dans l'interstice interélectrode. Cela signifie que, dans le cas où l'impédance R0 de l'interstice interélectrode est petite, la résistance de limitation de courant R ne peut pas être augmentée, et c'est uniquement dans le cas où l'impédance R0 de l'interstice interélectrode n'est pas faible que la résistance de limitation de courant R peut être augmentée. Il ressort clairement de ce qui précède que, en vue de réduire la rugosité de la surface usinée, dans le cas des opérations d'usinage par décharges électriques du type à fil découpeur, il est préférable d'utiliser une solution d'usinage à haute résistivité.

D'autre part, en vue d'obtenir rapidement la meilleure qualité de surface dans l'opération d'usinage par décharges électriques du type à fil découpeur, il est nécessaire d'utiliser une solution d'usinage à basse résistivité dans la première opération de coupage.

La fig. 3 est un schéma explicatif montrant un exemple d'un dispositif classique de délivrance de solution d'usinage dans une machine d'usinage par décharges électriques du type à fil découpeur.

A la fig. 3, on voit en 3 un récipient d'usinage qui reçoit une pièce à usiner 12 devant subir un usinage et qui contient la solution liquide d'usinage. On voit en 5 un réservoir de solution d'usinage usagée qui reçoit la solution d'usinage usagée par l'intermédiaire d'un tuyau 4a depuis le récipient d'usinage. En 8, on voit un réservoir de solution clarifiée (nettoyée) auquel la solution d'usinage provenant du réservoir de solution usagée est délivrée par l'intermédiaire d'un tuyau 4b et d'un filtre, à l'aide d'une pompe 6a, après avoir été filtrée; et l'on voit en 11 une électrode-fil. Comme cela est bien connu des gens de l'art, l'électrode-fil 11 est amenée à pénétrer dans la pièce à usiner 12 immergée dans la solution d'usinage dans le récipient d'usinage 3.

On voit de plus à la fig. 3 un dispositif de refroidissement à ventilateur 9 muni d'un tuyau 4c à travers lequel la solution d'usinage provenant du réservoir de solution clarifiée 8 est délivrée à l'électro-de-fil 11 et à la pièce à usiner 12. Un ventilateur de refroidissement (non représenté) compris dans le dispositif de refroidissement 9 refroidit la solution d'usinage qui circule à travers le tuyau 4c. On voit en 10 une vanne de sécurité pour empêcher le flux en retour de la solution d'usinage dans le réservoir de solution clarifiée 8; on voit encore une pompe 6b, de même qu'un senseur 13 pour la détection de la résistivité de la solution d'usinage dans le réservoir de solution clarifiée 8, ce senseur délivrant un signal de détection qui est appliqué à une unité 14 de commande de solution d'usinage. Enfin, on voit en 4d un tuyau à travers lequel la solution d'usinage provenant du réservoir de solution clarifiée 8 circule sous l'effet d'une pompe 6c située sous l'eau. Un échangeur d'ions 15 est disposé dans le tuyau 4d. Le dispositif de refroidissement à ventilateur 9 et les trois pompes 6a, 6b et 6c sont commandés par l'unité de commande de solution d'usinage 14.

Comme cela est montré par une flèche à la fig. 3, la solution d'usinage usagée circulant au sortir du réservoir d'usinage 3 est délivrée à travers le tuyau 4a dans le réservoir de solution usagée 5. De là, elle est délivrée à travers un tuyau 4b dans le réservoir de solution clarifiée 8, à l'aide de la pompe 6a, après avoir été filtrée dans le filtre 7. La solution d'usinage provenant du réservoir 8 est délivrée au petit intervalle entre l'électrode-fil 11 et la pièce à usiner 12, par l'intermédiaire du tuyau 4c, du refroidisseur 9 à ventilateur, et de la vanne de retenue 10, au moyen de la pompe 6b.

La résistivité de la solution d'usinage est commandée par l'unité de commande de solution d'usinage 14, à l'aide du senseur 13 situé dans le réservoir de solution nettoyée 8. La résistivité réelle, détectée par le senseur, est comparée avec une valeur de référence prédéterminée dans l'unité de commande de solution d'usinage 14. Si la résistivité est plus faible que la valeur de référence, de la solution d'usinage est délivrée à travers le tuyau 4d jusqu'à l'échangeur d'ions 15 par intermédiaire de la pompe 6c, de sorte que la résistivité subit une augmentation. La solution d'usinage ainsi traitée est ensuite ramenée au réservoir de solution clarifiée 8. Cette commande de résistivité est réalisée par commande «en - hors» de la pompe 6c.

Dans l'état de délivrance de la solution d'usinage, les pompes 6a et 6b, de même que le refroidisseur 9, sont mises en fonctionnement d'une manière telle que la solution d'usinage est filtrée, mise en circulation et refroidie. De plus, la résistivité est commandée à une valeur prédéterminée par la pompe 6c et le senseur 13.

Dans le cas où une solution d'usinage à basse résistivité est utilisée pour la première opération de découpe tandis qu'une solution d'usinage à haute résistivité est utilisée dans la seconde opération de découpe, la troisième opération de découpe, etc., il est nécessaire de soumettre la solution d'usinage à un échange d'ions en vue d'augmenter la résistivité de la solution d'usinage dans la seconde opération de découpe, la troisième opération de découpe, etc. Cependant, cette méthode est désavantageuse du fait qu'elle demande une relativement longue période de temps pour augmenter la résistivité. Cette difficulté peut être éliminée par l'emploi d'une méthode selon laquelle deux dispositifs comme montré à la fig. 3 sont utilisés, les valeurs de référence de résistivité établie sur chacun d'eux étant respectivement haute et basse. Cependant, cette méthode est encore désavantageuse par le fait qu'elle implique non seulement une augmentation du coût de fabrication, mais également une augmentation de l'espace de plancher nécessaire à l'installation de l'appareil, qui double. De plus, en vue d'obtenir une solution d'usinage ayant une haute résistivité, il est nécessaire d'utiliser un échangeur d'ions fournissant des performances considérablement élevées.

L'invention vise donc à éliminer les diflïcultés susmentionnées qui se présentaient dans le dispositif conventionnel de délivrance de solution d'usinage dans une machine à décharges électriques du type à fil de découpe.

Plus spécifiquement, le but de l'invention est de fournir un dispositif de délivrance de solution d'usinage pour une machine à décharges électriques du type à fil découpeur, qui puisse être installé dans un petit espace et qui puisse être fabriqué à faible coût, le concept technique de' celui-ci devant être aisément applicable à un dispositif existant de délivrance de solution d'usinage.

Conformément à l'invention, ce but est atteint par la présence des caractères énoncés dans la première revendication annexée.

Les revendications dépendantes définissent des formes d'exécution qui sont particulièrement avantageuses de différents points de vue, notamment du point de vue structurel, du point de vue simplicité et fiabilité, du point de vue du coût, etc.

La nature, le principe et l'utilité de l'invention seront bien compris à la lecture de la description qui va suivre. Cette description se réfère au dessin annexé qui illustre, après considération de l'art antérieur, une forme d'exécution de l'invention. Dans ce dessin:

les fig. 1A et 1B sont des représentations graphiques indiquant comment, respectivement, la vitesse d'usinage F et le meilleur état de surface Sf varient avec la résistivité p, dans une machine classique à décharges électriques du type à fil découpeur,

les fig. 2A et 2B sont des schémas représentant, respectivement, un circuit de finition et son circuit équivalent,

la fig. 3 est un schéma explicatif montrant un exemple de dispositif de délivrance de solution d'usinage classique, et la fig. 4 est un schéma explicatif montrant un exemple d'un dispositif de délivrance de solution d'usinage construit conformément à l'invention.

Les fig. 1 à 3 ayant déjà été considérées, on va décrire maintenant, en se référant à la fig. 4, une forme d'exécution préférée de l'objet de l'invention. Les composants visibles à la fig. 4 qui ont déjà été précédemment décrits en liaison avec la fig. 3 sont en l'occurrence désignés par les mêmes signes de référence.

A la fig. 4, on voit en 3 un récipient d'usinage, en 4a à 4d des tuyaux, en 5 un réservoir de solution usagée, en 6a, 6b et 6c, des pompes, en 7 un filtre, en 8 un réservoir de solution clarifiée, en 9 un dispositif de refroidissement à ventilateur, en 10 une vanne de retenue, en 11 Une électrode-fil, en 12 une pièce à usiner devant être usinée, en 13 un senseur de résistivité, en 14 une unité de commande

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de solution d'usinage, et en 15 un échangeur d'ions. Ces composants sont les mêmes que ceux de la fig. 3.

De plus, on a à la fig. 4 un tuyau 4e dont une extrémité est connectée par une vanne électromagnétique 17 au tuyau 4a, et dont l'autre extrémité est tenue dans le réservoir de solution usagée 5a. On a encore un tuyau 4f ayant une extrémité connectée au tuyau 4c et dont l'autre extrémité est tenue dans le réservoir de solution usagée 5a, de même qu'un tuyau 4g pour faire retourner la solution d'usinage au réservoir de solution usagée 5a. On a encore une pompe 6d, un filtre 7a, une vanne de retenue 10a, un senseur de résistivité 13a et un échangeur d'ions 15a. La pompe 6d, le filtre 7a, la vanne de retenue 10a, le senseur de résistivité 13a et l'échangeur d'ions 15a sont respectivement semblables à la pompe 6, au filtre 7, à la vanne de retenue 10, au senseur de résistivité 13 et à l'échangeur d'ions 15.

Le dispositif selon la fig. 4 comprend de plus une unité de commande de solution d'usinage 14a pour commander la pompe 6d et la vanne électromagnétique 17, de même qu'une vanne manuelle 18 établie sur le tuyau 4g. L'unité 14a, de commande de solution d'usinage susmentionnée, le réservoir de solution usagée 5a, la pompe 6d, le filtre 7a, l'échangeur d'ions 15a et les tuyaux 4e, 4f et 4g, forment un dispositif de délivrance de solution à haute résistivité, tandis que l'unité 14 de commande de solution d'usinage, le réservoir de solution usagée 15, le réservoir de solution clarifiée 8, le refroidisseur 9, les pompes 6a, 6b et 6c, le filtre 7, l'échangeur d'ions 15 et les tuyaux 4a, 4b, 4c et 4d, forment un dispositif de délivrance de solution à basse résistivité.

Toujours à la fig. 4, on voit, en 16, une unité de commande centrale comprenant un ordinateur. Cette unité de commande centrale reçoit un signal de détection 200 émis par le senseur de résistivité 13a, et délivre des signaux d'instruction 100 et 101 pour la commande respective des unités de commande de solution d'usinage 14 et 14a.

Le fonctionnement du dispositif de délivrance de solution d'usinage selon l'invention sera maintenant décrit.

Dans la première opération de découpe, en réponse au signal d'instruction 100 provenant de l'unité de commande centrale 16, l'unité 14 de commande de solution d'usinage est mise en fonctionnement de sorte que les pompes 6a et 6b de même que le refroidisseur 9 sont activés et que la pompe 6c est mise en fonction, selon ce que requiert la commande de résistivité. Dans ce cas, la valeur de référence de résistivité est de 1 x 104 ohms -cm. Comme la vanne électromagnétique 17 n'est pas activée à ce moment, la solution usagée dans le récipient d'usinage 3 est admise à s'écouler à travers le tuyau 4a dans le réservoir de solution usagée 5. La solution d'usinage est délivrée sur l'interstice entre l'électrode-fil 11 et la pièce à usiner, comme cela est indiqué par une flèche. Dans ce cas, le fonctionnement est substantiellement le même que ce qui a été décrit en liaison avec la fig. 3.

Durant la seconde opération de découpe, la troisième opération de découpe, etc., l'unité de commande de solution d'usinage 14a est mise dans l'état de fonctionnement par le signal d'instruction 101 délivré par l'unité de commande centrale 16, de façon que la pompe 6b et la vanne électromagnétique 17 sont actionnées. En même temps, l'unité de commande de solution d'usinage 14 est stoppée par le signal d'instruction 100. La solution d'usinage usagée dans le récipient d'usinage est amenée à s'écouler à travers le tuyau 4e, dans le réservoir de solution usagée 5a, du fait de l'action de la vanne électromagnétique 17. La solution usagée provenant du réservoir 5a de solution usée est délivrée à travers le tuyau 4f et le filtre 7a par la pompe 6d. La solution d'usinage ainsi traitée est ensuite délivrée à travers l'échangeur d'ions 15a, le senseur 13a, et la vanne de retenue 10a, comme cela est indiqué par la flèche B, ce qui, à travers le tuyau 4c, alimente l'interstice interélectrode en solution d'usinage. La rapidité d'écoulement de la solution d'usinage, de la façon indiquée par la flèche B, peut être modifiée par ajustage de l'ouverture de la vanne manuelle 18. En fait, la solution d'usinage clarifiée est «court-circui-tée» à travers le tuyau 4g pour ajuster la quantité de flux de solution d'usinage clarifiée qui retourne au réservoir de solution usagée 5, ce qui assure la commande de la cadence de flux de solution d'usinage délivrée à l'interstice interélectrode. La vanne de retenue 10 empêche la solution d'usinage du dispositif de délivrance de solution à haute résistivité de s'écouler dans le dispositif de délivrance de solution à basse résistivité. Similairement, la vanne de retenue 10a empêche la solution d'usinage dans le dispositif de délivrance de solution à basse résistivité de s'écouler dans le dispositif de délivrance de solution à haute résistivité.

Dans le dispositif 19 de délivrance de solution à haute résistivité, la solution d'usinage circule continuellement à travers l'échangeur d'ions 15a. Ainsi, le dispositif 19 peut fournir une solution d'usinage ayant une résistivité de 10° ohms • cm, ou même davantage. Lorsque la résistivité diminue jusqu'à 106 ohms-cm, le senseur 13a applique le signal de détection 200 à l'unité de commande centrale 16, de sorte que cette dernière délivre un signal pour stopper une machine à commande numérique (non représentée) qui commande la machine d'usinage par décharge électrique du type à fil découpeur. Dans ces conditions, l'échangeur d'ions 15a doit être remplacé.

Dans la forme d'exécution ci-décrite, on fait appel à la vanne électromagnétique 17. Toutefois, elle pourrait être remplacée par une vanne manuelle qui serait mise en position par l'opérateur, selon les conditions requises.

Il apparaît bien de la description qui précède que, dans le dispositif 19 de délivrance de solution à haute résistivité, la solution d'usinage circule constamment à travers l'échangeur d'ions 15a, et que de ce fait la solution d'usinage peut facilement obtenir la résistivité p0, telle qu'indiquée à la fig. 2B, ou même davantage.

En cette occurrence, la cadence d'échange des ions est suffisamment élevée étant donné que la vitesse de circulation de la solution d'usinage délivrée à l'interstice interélectrode dans la seconde opération de découpe, la troisième opération de découpe, etc., est beaucoup plus faible (approximativement 2 litres/min) que celle de la solution d'usinage délivrée à l'interstice interêlectrode durant la première opération de découpe. Si la vanne manuelle 18 est établie sur le tuyau 4f et que le tuyau 4g est éliminé, alors la vitesse d'écoulement de la solution d'usinage passant à travers l'échangeur d'ions 15a est limitée, et par là la durée de vie de service de ce dernier est augmentée.

Il apparaît clairement de la description qui précède que le dispositif de délivrance de solution d'usinage selon l'invention présente un faible coût de fabrication et ne requiert qu'un petit espace pour son installation. De plus, le concept technique de l'invention peut être aisément appliqué à un dispositif de délivrance de solution d'usinage conventionnel existant.

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Claims (10)

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   REVENDICATIONS

   1. Dispositif de délivrance de solution d'usinage pour une machine à décharges électriques du type à fil découpeur, comprenant:

   un dispositif de délivrance de solution à haute résistivité pour délivrer une solution d'usinage de haute résistivité à un petit interstice entre une pièce à usiner devant subir un usinage et une électrode-fil,

   un dispositif de délivrance de solution à basse résistivité pour délivrer audit petit interstice une solution d'usinage de basse résistivité, et des moyens commutateurs pour coupler audit interstice, en dépendance avec l'état des conditions d'usinage prédéterminées, l'un desdits dispositifs de délivrance de solution à haute résistivité et dispositif de délivrance de solution à basse résistivité.
2. 2. Dispositif de délivrance de solution d'usinage selon la revendication 1 dans lequel ledit dispositif de délivrance de solution à haute résistivité comprend des moyens définissant un chemin pour la circulation de la solution d'usinage, et un échangeur d'ions pour ajuster la résistivité de ladite solution d'usinage sur ledit chemin.
3. 3. Dispositif de délivrance de solution d'usinage selon la revendication 1, dans lequel ledit dispositif de délivrance de solution à basse résistivité comprend:

   des moyens définissant un chemin pour faire circuler une solution d'usinage, et un échangeur d'ions pour ajuster la résistivité de ladite solution d'usinage sur ledit chemin.
4. 4. Dispositif de délivrance de solution d'usinage selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens définissant ledit chemin pour la circulation de ladite solution d'usinage comprennent un filtre pour filtrer ladite solution d'usinage, disposé sur ledit chemin.
5. 5. Dispositif de délivrance de solution d'usinage selon la revendication 3, dans lequel lesdits moyens définissant un chemin pour la circulation de la solution d'usinage comprennent un filtre pour filtrer ladite solution d'usinage, disposé sur ledit chemin.
6. 6. Dispositif de délivrance de solution d'usinage selon la revendication 1, dans lequel ledit dispositif de délivrance de solution à haute résistivité comprend des moyens définissant un chemin de circulation de la solution d'usinage, une vanne pour commuter lesdits chemins et des pompes de circulation respectives établies respectivement sur lesdits chemins, lesdits moyens de commutation comprenant des moyens pour commander ladite vanne et lesdites pompes de circulation.
7. 7. Dispositif de délivrance de solution d'usinage selon la revendication 6, dans lequel ledit dispositif de délivrance de solution à haute résistivité comprend un réservoir d'emmagasinage de solution d'usinage, sur ledit chemin, pour la circulation de ladite solution d'usinage.
8. 8. Dispositif de délivrance de solution d'usinage selon la revendication 6, dans lequel ledit dispositif de délivrance de solution à haute résistivité comprend des moyens pour ajuster la vitesse d'écoulement de ladite solution d'usinage délivrée audit interstice.
9. 9. Dispositif de délivrance de solution d'usinage selon la revendication 6, dans lequel ledit dispositif de délivrance de solution à basse résistivité comprend un réservoir d'emmagasinement de solution d'usinage disposé sur ledit chemin pour la circulation de la solution d'usinage.
10. 10. Dispositif de délivrance de solution d'usinage selon la revendication 1, dans lequel ledit dispositif de délivrance de solution à haute résistivité délivre une solution d'usinage ayant une résistivité d'au moins 106 ohms-cm.

    Lors de l'opération d'usinage dans une machine à décharges électriques du type à fil coupeur, comme celle que concerne la fig. 1A dans laquelle la vitesse d'usinage F est représentée en ordonnée, tandis que la résistivité p est portée en abscisse, la vitesse d'usinage 5 F diminue lorsque la résistivité p augmente. Le maximum de vitesse d'usinage F se présente au voisinage d'une résistivité p d'approxima-tivement 1 x 104 ohms - cm. La raison en est que, lorsque la résistivité p augmente, l'impédance interélectrode est augmentée et l'interstice de décharge est diminué, ce dont résulte que l'électrode de fil io rigide peut se mettre à vibrer et que, de ce fait, des courts-circuits interviennent fréquemment, provoquant une diminution de la vitesse d'usinage F. Par ailleurs, si la résistivité p diminue d'une façon excessive, l'action électrolytique est accélérée et la fréquence de décharge est réduite, ce qui se traduit par une diminution de la vitesse i5 d'usinage F. Parfois, l'opération d'usinage peut même ne pas intervenir du tout. Ainsi, il est préférable que, dans l'opération d'usinage par décharges électriques avec une machine du type à fil coupeur, la solution d'usinage utilisée soit de faible résistivité.

    Dans l'usinage effectué par une machine à décharges électriques 20 du type à fil coupeur, on emploie souvent la méthode dénommée «méthode de seconde découpe», afin d'améliorer l'état de surface (surface roughness). Dans cette méthode, après que la première opération de découpe est intervenue, une opération d'usinage collective, consistant en une seconde opération de découpe, une troisième opé-25 ration de découpe, une quatrième opération de découpe, etc., intervient répétitivement avec une énergie de décharge électrique réduite. La fig. 1B représente le meilleur degré d'état de surface Sf pouvant être atteint en fonction de la résistivité, dans le cas où cette méthode est utilisée. A la fig. 1B, le meilleur état de surface est porté en or-30 donnée et la résistivité est portée en abscisse. Il apparaît à cette fig. 1B que le meilleur état de surface Sf décroît lorsque la résistivité p augmente. La raison de ce phénomène sera maintenant décrite en se référant aux fig. 2A et 2B.

    La fig. 2A montre un exemple de circuit de finition qui est utilisé 35 de façon générale. Sur la fig. 2A, on voit une tension d'alimentation V, un transistor 1, un oscillateur 2, une résistance de limitation de courant R et une pièce à usiner W devant subir un usinage. Dans ce circuit, la valeur de pointe des impulsions de courant à l'instant de la décharge électrique est:

    40 I = V/R

    D'une façon générale, dans le cas où l'opération d'usinage intervient de façon répétitive conformément à la méthode de seconde découpe, la valeur de pointe des impulsions de courant est établie à 45 une valeur plus faible, en vue de réduire l'énergie des décharges électriques, c'est-à-dire que la valeur de résistance de la résistance de limitation de courant R est diminuée. Cela se traduit par le fait que l'état de la surface usinée est améliorée. En pratique, de l'eau est employée en tant que solution d'usinage pour les opérations d'usinage 50 par décharges électriques du type à fil découpeur et, de ce fait, l'impédance de l'interstice interélectrode dépend de la résistivité de l'eau. Si l'impédance de l'interstice interélectrode est représentée par R0, le circuit de la fig. 2A peut être converti en un circuit équivalent tel que celui montré à la fig. 2B. Dans le circuit équivalent, la tension V dé-55 veloppée aux bornes de l'interstice interélectrode est:

    w Cette équation peut être réécrite comme suit: