CH666219A5 - Procede de fabrication d'un outillage de decoupage et outillage ainsi obtenu. - Google Patents
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Description
DESCRIPTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un outillage de découpage, notamment d'un outillage de découpage en rotatif, d'une matière en feuilles ou en bande et un outil ainsi obtenu.
Le genre d'outillage de découpage rotatif concerné consiste généralement en deux cylindres, soit un cylindre mâle, l'outil de découpe, et un cylindre femelle, le contre-cylindre ou l'enclume. L'outil de découpe est monté au-dessus du contre-cylindre ou de l'enclume et la matière à découper, par exemple du papier ou du carton, défile entre ces outils à la manière d'une tôle dans un laminoir, par exemple. L'axe longitudinal théorique de chaque outil est situé dans un même plan vertical.
L'outil de découpe est réalisé à partir d'un cylindre métallique dans la surface latérale duquel on usine un réseau de filets coupeurs et refouleurs. L'image développée de la surface latérale du cylindre représente la disposition des objets à découper.
La surface latérale du contre-cylindre présente, quant à elle, un réseau de rainures dont la disposition est conjuguée à la disposition des seuls filets refouleurs de l'outil de découpe. Dans certains cas, le contre-cylindre peut être lisse, il est alors de préférence appelé enclume.
La fabrication d'un tel outillage peut s'effectuer selon plusieurs méthodes, c'est-à-dire qu'on peut obtenir les réseaux de filets ou de rainures, soit par fraisage ou par électroérosion. Les fraiseuses ou les machines d'électroérosion utilisées sont des machines à commande numérique autorisant un travail précis et automatique. Le plus souvent, les outillages sont obtenus par électroérosion en utilisant, par exemple, une électrode de graphite préalablement taillée suivant le travail de découpage à réaliser. Le brevet américain N° 3796851 décrit un appareil de ce type.
Il est à remarquer que, dans la fabrication de ce genre d'outillage, le contre-cylindre est toujours plus facile à usiner, car il suffit seulement de creuser des rainures dans la surface latérale du cylindre. Le temps d'usinage est donc relativement court et ne nécessite même pas d'être réalisé par électroérosion, un simple fraisage étant suffisant. Il n'en va pas de même en ce qui concerne l'outil de découpage qui, lui, ne doit pas présenter des rainures, mais bien des filets, c'est-à-dire qu'il faut enlever un volume important de matière dans la surface latérale du cylindre. Outre le fait que par fraisage le temps pris par l'opération est important, il faut tenir compte de certains problèmes inhérents au fait que la fraise a un certain diamètre et que les angles aux croisements des filets ne seront pas parfaits et qu'il faudra les retoucher. La solution qui est donc choisie est l'électro-érosion. Le problème des angles aux croisement des filets est résolu, mais le temps d'usinage demeure toujours aussi important. D'autre part, en utilisant l'une ou l'autre des méthodes mentionnées ci-avant, l'utilisateur reste tributaire, en ce qui concerne les caractéristiques mécaniques des filets, des qualités de la matière utilisée pour confectionner le corps de l'outil de découpage, c'est-à-dire le cylindre.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en utilisant un procédé permettant de réduire considérablement le temps d'usinage d'un outil de découpage, tout en offrant la possibilité de modifier les caractéristiques des filets usinés.
A cet effet, l'invention est définie par les revendications 1 et 2. Le dessin annexé représente à titre d'exemple une forme d'exécution d'un outil obtenu par un procédé selon l'invention.
La figure 1 est une vue en coupe partielle d'un premier outil de découpage,
la figure 2 est une vue en coupe partielle d'un second outil de découpage,
la figure 3 est une vue en coupe d'un filet de découpage,
la figure 4 est une vue en coupe d'un filet de refoulage,
la figure 5 est une vue en perspective d'un outil de découpage, la figure 6 est une vue en plan d'une découpe de boîte,
la figure 7 est une vue de la face latérale développée d'un outil de découpage.
La figure 1 est une vue en coupe partielle d'un premier outil de découpage, plus précisément d'un outil de découpage 3 usiné par électroérosion à partir d'un cylindre métallique 1 dont seulement un segment est représenté sur cette figure. L'outil de découpage 6, ainsi qu'il est représenté à la figure 5, possède sur sa surface latérale une multitude de filets 2 qui peuvent être des filets coupeurs ou refouleurs. Ces filets 2 sont disposés en forme de réseau de façon à constituer plusieurs mailles représentant chacune la forme que prendra une découpe de boîte 5 ou autre objet à découper (voir fig. 6).
Sur la figure I, en vue de simplifier le dessin, seul un filet coupeur 2 a été représenté. Pour obtenir en fin d'usinage un outil de découpage 3, il est nécessaire de procéder à l'érosion de toute la matière 4 se trouvant au voisinage de l'emplacement des filets 2.
Le volume V de matière qui devra être enlevée par êlectroérosion ou par fraisage se calcule à l'aide de la formule suivante:
V = V — Vj — V
v v cour v d v r dans laquelle Vcour est le volume total de matière représenté par la couronne dans laquelle sont usinés les filets, Vd est le volume total de matière représenté par les filets coupeurs et Vr est le volume total de matière représenté par les filets refouleurs.
La formule permettant de calculer le volume Vcour s'énonce ainsi
Vcour = L • [d2 — (d—2h)2]
4
dans laquelle L est la longueur du cylindre, d le diamètre extérieur du cylindre et h la hauteur des filets. Pour la configuration représentée à la figure 7, le volume total de matière représenté par les filets coupeurs Vd se calcule comme suit:
Vd = Sd • Ld
Dans cette expression, Sd correspond à la section d'un filet de découpage 10 (voir fig. 3) et Ld correspond à la longueur totale des filets de découpage (voir fig. 6 et 7).
La figure 6 représente une vue en plan d'une découpe de boîte 5 ou d'un objet à découper qui figurera sur la surface latérale de l'outil, à raison de trois boîtes dans la longueur L du cylindre et de quatre boîtes dans son développement ou sa circonférence (voir fig. 7) et nous permet de définir le terme Ld de la formule ci-dessus, soit un total de douze boîtes dans l'exemple choisi.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Ld = 12[2 ■ (2A+2B+P) + 2 • (H + 2B) + 6B - 9 • (2A+2B) - 8H
i—- i i
LONGUEUR TOTALE DÉCOUPAGE LONGUEUR COMMUNE DÉCOUPAGE
3
666 219
Cette formule se simplifie comme suit:
Ld = 30 • (A + 5B) + 8 • (3P+2H) *
Le terme Sd, la section du filet de découpage (voir fig. 3), se calcule avec la formule suivante:
Td + PD
HD
L'expression finale de la formule pour calculer le volume total des filets coupeurs sera donc:
v — f^D ■
* d
•HD -[30-(A+B) + 8-(3P+2H)]
Le volume total de matière représenté par les filets refouleurs (Vr), pour l'exemple choisi, sera défini par l'expression suivante:
Vr = Sr-Lr dans laquelle Sr représente la section d'un filet refouleur et Lr la longueur totale des filets refouleurs.
Le calcul de la section Sr du filet refouleur 11 (voir fig. 4) s'effectue à l'aide de la formule:
TR + PR Sr - —Hr
Toujours en se référant à la figure 6, la longueur totale Lr des filets refouleurs sera définie par l'expression suivante:
Lr = 12 • [2 • (2A+2B)+4H]
qui se simplifie comme suit:
L, = 48(A+B+H)
Le volume total Vr s'énoncera donc ainsi:
Vr = (TR 2 ?R ' Hr) ' 48(A+B+H)
Ces développements nous permettent d'exprimer la formule nécessaire au calcul du volume total V de matière à enlever, soit:
V = — • L[d2 — (d—2h)2] -4
+ 8(3P+2H)]
Td + Pd
HD •hr
Dans l'exemple choisi, nous avons chiffré les valeurs des différents paramètres de façon à pouvoir, par la suite, effectuer une comparaison quantitative, en ce qui concerne les volumes de matière à éroder dans différentes conditions d'usinage.
Les valeurs prises en considération sont:
d h
L
TD
Pd
TR
= 301,76 mm = 1 mm = 1000 mm = 0,03 mm = 0,858 mm = 0,71 mm
Pr A B H P
= 1,538 mm = 116,5 mm = 42 mm = 153 mm = 13 mm représenter un filet découpeur 9 ou refouleur, selon l'image qu'on peut observer à la figure 7. La section de ce dépôt de matière 8 a la forme approximative d'un segment circulaire de rayon R et d'angle a sur une flèche f. Le diamètre d étant relativement important par rapport au rayon R, on peut admettre que la corde a du segment circulaire sera à peu de chose près une droite, cela dans le but de simplifier le calcul du volume total V, de matière déposée. Les cotes mesurables après dépôt de matière 8 seront la distance a correspondant à la corde du segment de cercle et la distance f correspondant à sa flèche. On pourra alors calculer la surface du segment Smal en utilisant la formule suivante:
Sma, = Tt R2
ct° (R-f) • a 360° 2
dans laquelle R est le rayon du cercle fictif dans lequel est inscrit le segment de matière 8, f la flèche et a la corde mesurées, a étant l'angle du segment circulaire, le rayon R se calcule suivant:
r-ÏU*
8f 2
et l'angle en degrés étant donné par la formule a0 = 2 • sin-1 • a /2R
Le volume total Vmat à rapporter dépend de la longueur des filets coupeurs et refouleurs que nous avons déjà définie plus haut et s'énoncera par la formule:
30
Vmat — Sm
Tt R2
(Ld + Lr), ou alors: q° (R-f) • a" 360° 2
[30 • (A+5B) [48 • (A+B+H)]
Suivant la formule, le volume total V à éroder sera donc de 922487 mm3, soit environ 1 dm3.
La figure 2 est une vue en coupe partielle d'un second outil de découpage 6 réalisé à partir d'un cylindre métallique 7 de diamètre d et sur la surface latérale duquel on a déposé, en une seule opération, par un procédé connu de dépôt de matière, un cordon de matière 8 métallique possédant des caractéristiques mécaniques différentes des caractéristiques du cylindre 7 et qu'on peut choisir en fonction du travail dévolu à l'outil de découpage 6. La matière 8 peut avantageusement être un alliage micropulvérisé. Ce dépôt de matière 8 est effectué de façon que celle-ci soit placée sur toutes les zones devant
• [30 • (A + 5B) + 8 • (3P+2H) +48(A + B + H)]
35 Les valeurs numériques données dans cet exemple aux différents facteurs sont:
a = 6 mm f =2 mm
Cela entraînera, en utilisant les formules appropriées, que R 40 vaudra 3,25 mm et a 134,76°.
Le volume total Vmat de matière à déposer sera donc de 238485 mm3.
Pour réaliser l'outil de découpage 6, il faudra encore tailler le cordon de matière déposée en fonction des filets qu'on désire réaliser. 45 Lors de cette opération, on érodera donc la quantité de matière Ver qui sera calculée à l'aide de la formule
V = V . — V — Vj
* er * mat v r * d
Vr et Vd ayant déjà été calculés dans le premier exemple cité ci-50 avant, la valeur que prendra Ver sera donc de 238 485 — 16 806 -5574 = 216105 mm3.
Les chiffres montrent que, pour un même outil de découpage, la deuxième solution décrite ci-avant nécessite un enlèvement de matière peu important par rapport à la première solution. Si on ne 55 prend en compte que les temps d'usinage des deux exemples et en sachant que les temps d'érosion sont proportionnels au volume de matière à enlever, nous pouvons énoncer le rapport T| suivant:
il =
Ver - 100 _ 216 105 • 100 922487
23,43%
T| étant le rapport entre deux volumes à éroder, le gain de temps d'usinage G s'exprimera ainsi:
G = 100 - ri = 100 - 23,43 = 76,57%
)
Il est évident qu'un gain de temps d'une telle importance aura un effet appréciable sur le coût de l'outillage réalisé. La section d'un filet de découpage 10 tel que celui représenté à la figure 3 est de
666 219
4
forme trapézoïdale. L'indication PD se rapporte à la grande base du trapère, TD à la petite, et HD à la hauteur. La figure 4 concerne un filet de refoulage 11, lui aussi de forme trapézoïdale et pour lequel la cote PR est la grande base du trapèze, TR la petite, et HR la hauteur.
La figure 5 est une vue en perspective d'un outil de découpage 3. Cette figure montre l'aspect général d'un tel outil et sert en particulier pour la définition des cotes L et d qui sont respectivement la longueur de l'outil et son diamètre (voir aussi fig. 1 et 2).
La figure 6 est une vue en plan d'une découpe de boîte 5 dont les contours extérieurs représentés en traits pleins correspondent aux filets de découpage 10 et les lignes intérieures représentées en traits interrompus correspondent aux filets de refoulage 11. Les cotes A, B, et H représentent respectivement la largeur, l'épaisseur et la hauteur de la boîte à réaliser, alors que la cote P se rapporte à la largeur de la patte de collage de cette boîte.
La figure 7 est une vue de la face latérale développée d'un outil de découpage 6. La longueur L, représentée en traits mixtes, correspond à la longueur du cylindre dans lequel est usiné l'outil de découpage, alors que la cote C se rapporte à sa circonférence. C'est aussi la configuration qu'aura l'électrode plane en graphite utilisée pour l'image de l'outil. Dans cette figure, les filets de découpage 10 sont s représentés par les lignes continues et les filets de refoulage 11 par les lignes interrompues. Ainsi qu'on peut le constater, un certain nombre de filets de découpage 10 sont communs à une même découpe de boîte 5, et cela a été pris en considération dans les calculs précédents pour déterminer la longueur totale des filets. L'outil de io découpage 6 obtenu en utilisant cette manière de faire présente plusieurs avantages, tels que son prix de revient peu élevé par rapport à un outil usiné de façon conventionnelle et la particularité de pouvoir choisir les caractéristiques physiques de la matière des filets en fonction des travaux de découpage qu'on désire effectuer. L'utilisateur 15 aura ainsi entre les mains un outil de découpage bon marché et adapté aux exigences de longévité qu'il désire en fonction des matériaux qu'il devra découper.
R
3 feuilles dessins
Claims (3)
1. Procédé de fabrication d'un outillage de découpage d'une matière en feuilles ou en bande, caractérisé en ce qu'on dépose un cordon de matière (8) sur la face latérale d'un cylindre métallique (7), ledit cordon de matière (8) étant déposé en une seule opération selon une configuration représentant un réseau maillé dont chaque maille correspond à la forme d'un objet à découper et en ce qu'on usine ensuite ledit cordon de matière (8), à l'exception de toute autre partie de la face latérale, dudit cylindre métallique (7), par électroérosion à l'aide d'une électrode plane.
2. Outil de découpage obtenu par le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un cylindre métallique (7) dont la face latérale est munie d'un réseau maillé de cordons de matière (8) assimilable à des filets de découpage (10) et de refoulage (11) usinés dans lesdits cordons de matière (8).
2
REVENDICATIONS
3. Outil de découpage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les caractéristiques mécaniques des cordons de matière (8) sont différentes des caractéristiques mécaniques du cylindre métallique (7).
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1985
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1987
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