La présente invention a pour objet un procédé de fixation de pièces par congélation et un dispositif pour la mise en Öuvre du procédé.
Diverses circonstances se présentent pour lesquelles il est nécessaire de faire appel à des moyens spéciaux d'immobilisation d'objets par exemple dans le cas de pièces en matériaux amagnétiques et/ou métalliques de formes complexes ne pouvant pas être maintenues par les moyens habituels mécaniques. Les pièces en matière plastique ou de faible épaisseur posent également de grandes difficultés de maintien et d'usinage sur les machines-outils actuelles qui travaillent avec des grandes vitesses de coupe. La rentabilité étant de plus en plus sollicitée, il n'est plus possible de procéder à la fabrication de gabarits de fixation longs et coûteux.
En plus, et en raison de la configuration des machines à commandes numériques, les pièces sont de plus en plus complexes sans base rigide servant de référence.
Dans un procédé de fixation présentement connu se rapportant au brevet CH 665 375, il est question d'immobiliser une pièce à usiner en congelant au moyen d'azote liquéfié un liquide intercalé entre la pièce et un support servant à son maintien.
Cette solution présente l'inconvénient d'avoir des temps de congélation et de dégel trop grands dans la fabrication de pièces en continu.
Dans un dispositif également connu qui est décrit dans la demande de brevet FR 2 546 790 on utilise un plateau de maintien muni de trous qui communiquent avec des canaux servant au passage d'air comprimé qui créé un vacuum lorsque les canaux sont sous pression et permet ainsi de fixer une pièce à usiner.
Les principaux désavantages de ce dispositif résident dans le fait qu'il est nécessaire d'avoir un circuit pneumatique parfaitement étanche pour garantir une fixation stable et constante de la pièce pendant l'usinage.
En plus, on a constaté, dans le cas de pièces de faible épaisseur, que la vacuum aspire trop fortement la pièce au niveau du trou ce qui a pour effet de soulever ladite pièce entre les points de fixation et de créer des variations d'épaisseur hors tolérance.
On citera également qu'il existe des procédés de fication utilisant des éléments Peltier qui refroidissent un liquide se trouvant sur un plateau d'usinage.
Ces différents procédés représentent un rendement de travail assez faible en raison du temps de gel et dégel relativement long et de l'installation très coûteuse en fonction de la surface de maintien utilisée.
En plus, il n'est pas possible de prendre une grande quantité de matière pour les motifs suivants à savoir:
- dégagement de chaleur faisant fondre la congélation,
- force de maintien trop faible,
- risques évidents de rupture de l'outil de coupe,
- dégâts au niveau du plateau de fixation,
- liquide de refroidissement pour l'usinage très spécifique,
- application uniquement aux domaines de l'horométrie et bijouterie.
Le but de procédé et dispositif faisant l'objet de la présente invention remédie aux inconvénients mentionnés ci-dessus et apporte les avantages suivants:
- fixation hautement efficace,
- congélation et dégel très rapide,
- haute tenue de maintien pendant l'usinage,
- possibilité de prendre des passes de travail importantes,
- dispositif peu coûteux,
- dispositif modulable utilisant une seule unité de commande et de compression,
- refroidissement partiel de la pièce permettant une faible inertie thermique.
Le procédé de fixation de pièces par congélation est caractérisé en ce que l'on fait passer un gaz frigorigène dans un serpentin noyé dans une table de fixation qui provoque, par l'intermédiaire d'une électro-vanne et d'un détendeur, une variation très rapide de température au niveau de la surface supérieure de la table de fixation qui maintient, au moyen d'un liquide congelé, au moins une pièce à usiner.
L'invention concerne également un dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un plateau gel pourvu d'une plaque de base agencée de manière à recevoir sur son pourtour un isolant servant de support à une table de fixation qui coopère avec un serpentin noyé dans la masse de ladite table et connecté à un compresseur fournissant un gaz passant au travers d'éléments de régulation et du serpentin qui entraîne une variation de température au niveau de la table de fixation.
Les dessins annexés représentent deux formes d'exécution non limitatives du dispositif pour la mise en Öuvre du procédé. Dans ces dessins:
la fig. 1 montre une vue en plan partiellement coupée au niveau des serpentins.
la fig. 2 montre une vue en plan coupée horizontalement au niveau des éléments de régulation.
la fig. 3 montre une vue coupée longitudinale selon l'axe C-C de la fig. 1.
la fig. 4 montre une vue coupée transversalement selon l'axe B-B de la fig. 1.
la fig. 5 montre une vue latérale en plan de l'ensemble d'une variante d'exécution d'un dispositif tournant.
la fig. 6 montre une vue coupée radiale selon la fig. 5 au niveau du serpentin.
la fig. 7 montre une vue coupée radiale du dispositif selon fig. 5 au niveau des éléments de régulation.
la fig. 8 montre une vue coupée longitudinale selon l'axe C-C de la fig. 7.
la fig.
9 montre une vue coupée longitudinale selon l'axe B-B de la fig. 7.
En se référant aux dessins on va maintenant décrire le dispositif faisant l'objet de la présente invention qui comprend, en regard des fig. 1-2-3-4, un plateau gel 1 composé d'une plaque de base 2 dont la rigidité permet une grande précision d'usinage. La plaque de base 2 fait office de support à un isolant 3 qui forme une chambre 4 centrale fermée par une table de fixation 5 qui est bloquée au moyen des vis transversales 8-9 qui sont activées depuis la surface inférieure 10 de la plaque de base 2.
La table de fixation 5 est configurée de manière à recevoir un serpentin 12 qui est noyé directement pendant le coulage de la table 5.
La disposition spécifique du serpentin 12 à l'intérieur de la table de fixation 5 permet d'obtenir une très haute conductivité thermique autorisant des variations rapides de la température de la surface 14 de la table de fixation 5 qui est encore pourvue d'inserts 15 servant à la fixation d'un ou des gabarits non représentés recevant les pièces à usiner.
Le plateau gel 1 fonctionne au moyen d'une conduite d'entrée 18 qui est raccordée sur un détendeur 19 par des moyens connus et par conséquent non décrits. La sortie 20 du détendeur 19 est reliée à une conduite principale 21 alimentant le serpentin 12 par l'intermédiaire de l'élément de transition 22. L'élément intermédiaire 25 fait office de liaison avec une conduite de sortie 26 qui passe au travers de l'isolant 3 par des moyens hermétiques. Une conduite de dérivation 28 est montée rigidement entre l'entrée 29 du détendeur 19 et la conduite principale 21 en passant préalablement au travers d'une électro-vanne 30 qui ouvre ou ferme la conduite 28 faisant ainsi fonction de by-pass.
Comme le montre explicitement la fig. 2 le détendeur est réglable au moyen d'une vis 35 verrouillée par un contre-écrou et accessible par une ouverture 36 usinée dans l'isolant 3 et obturée par une plaque de fermeture 37. Une sonde 38 connectée sur le détendeur 19 permet d'obtenir les informations pour la régularisation de la température d'utilisation du plateau gel 1. Des sondes 40-41 sont également prévues et montées dans la chambre 4 pour le contrôle et la commande de l'ensemble des différentes fonctions de maintenance et de sécurité.
Le fonctionnement du procédé de fixation est le suivant:
Au moyen d'un compresseur et d'un système de commande connus et non représentés, on alimente la conduite d'entrée 18 au moyen d'un gaz frigorigène qui passe ensuite au travers du détendeur 19 qui provoque une réaction endothermique importante du gaz dans la conduite principale 21 approvisionnant le serpentin 12 qui induit une réfrigération rapide de la plaque de fixation 5, respectivement de la surface 14 recouverte d'un liquide qui bloque ainsi par gel une pièce ou des objets se trouvant sur la table 5. En raison du dimensionnement du serpentin 12, de la conductibilité et des masses isolées à refroidir, la réaction de gel est très rapide.
Après l'opération d'usinage de la pièce on enlève cette dernière en activant l'électrévanne 30 qui ouvre le passage du gaz comprimé en provoquant une réaction exothermique du gaz passant au travers de la conduite 28 et venant chauffer le serpentin 12 qui dégel aussitôt le liquide servant de fixation à la pièce terminée.
On va décrire une variante d'exécution d'un dispositif de fixation en référence aux fig. 5-6-7-8-9 qui comprend un plateau gel tournant 35 composé d'une flasque de base 36a solidaire d'un axe 37 monté sur un palier butée 38b agencé de manière à recevoir une conduite d'alimentation 39 et une conduite d'échappement 40 séparée par des O-ring garantissant l'étanchéité. La flasque de base 36 est pourvue d'une échancrure 37a usinée sur le pourtour extérieur de la surface 38a et permettant le positionnement et la fixation d'une pièce isolante cylindrique 45. Une table de fixation 46 vient s'ajuster dans un chambrage 47 de la pièce isolante 45 formant ainsi une chambre centrale 48. Les trois pièces décrites précédemment 36a-45-46 sont fixées rigidement au moyen devis périphériques 50.
La table de fixation 46 comprend un serpentin 51 noyé dans la matière de la table 46 et venant se raccorder sur une conduite d'alimentation 52 et une conduite d'évacuation 53.
Comme le montre explicitement les fig. 7-8-9, la chambre centrale 48 est agencée de manière à recevoir un détendeur 55 par une vis 56 et une électro-vanne 57 montée sur une conduite de dérivation 58. Une plaque de fermeture 60 est prévue pour obturer la chambre centrale 48 qui devient ainsi étanche aux copeaux ou aux liquides servant à l'usinage des pièces. Une sonde 62 est montée dans la table 46 pour donner les informations de température au détendeur 55 servant à la régulation de la congélation d'un liquide se trouvant entre la surface 59 de la table 46 et une pièce à usiner non représentée.
Le principe de fonctionnement est en tout point de vue identique à l'exécution de base décrite dans le plateau gel fixe.
Pour rappel, le présent dispositif à fixation comporte une installation de commande qui permet de contrôler ou de modifier la température de congélation de la pièce, en fonction de l'usinage ou des masses à fixer. On régularise également la température de la table de fixation en relation avec les paramètres servant à optimaliser la production.
Dans une variante d'exécution le détendeur 19 comporte un système électronique de réglage de la pression du gaz commandé par microprocesseur. Le détendeur 19 et l'électro-vanne 30 étant dans ce cas placés directement dans l'armoire de commande. La table de fixation 5 dans une autre variante d'exécution est pourvue d'une surface de maintien profilée permettant de fixer des pièces spéciales ou encore munie d'une équerre de fixation activée par le gaz frigorigène et permettant le positionnement et la fixation de pièces dépourvues de base plate servant à la référence d'usinage. Pour l'usinage de très grandes pièces il est possible d'utiliser plusieurs tables de fixation accouplées commandées par une installation CNC et un seul compresseur.
La transmission électrique entre la partie fixe et la partie mobile du plateau gel tournant est réalisée par un dispositif mécanique à contacts ou électronique à induction.
The subject of the present invention is a method for fixing parts by freezing and a device for implementing the method.
Various circumstances arise for which it is necessary to use special means for immobilizing objects, for example in the case of parts made of non-magnetic and / or metallic materials of complex shapes which cannot be maintained by the usual mechanical means. Plastic or thin parts also pose great difficulties in holding and machining on current machine tools which work with high cutting speeds. As profitability is increasingly sought, it is no longer possible to proceed with the manufacture of long and expensive fixing jigs.
In addition, and due to the configuration of CNC machines, the parts are more and more complex without a rigid base serving as a reference.
In a presently known fixing method relating to patent CH 665 375, it is a question of immobilizing a workpiece by freezing by means of liquefied nitrogen a liquid interposed between the workpiece and a support serving to hold it.
This solution has the drawback of having freezing and thawing times that are too long in the continuous production of parts.
In a device also known which is described in patent application FR 2 546 790, a retaining plate is used provided with holes which communicate with channels serving for the passage of compressed air which creates a vacuum when the channels are under pressure and allows thus to fix a workpiece.
The main disadvantages of this device lie in the fact that it is necessary to have a perfectly sealed pneumatic circuit to guarantee stable and constant fixing of the part during machining.
In addition, it has been found, in the case of thin pieces, that the vacuum sucks the piece too strongly at the level of the hole, which has the effect of lifting said piece between the fixing points and creating variations in thickness. out of tolerance.
It will also be mentioned that there are methods of fication using Peltier elements which cool a liquid located on a machining plate.
These different processes represent a fairly low work yield due to the relatively long freeze-thaw time and the very costly installation depending on the holding surface used.
In addition, it is not possible to take a large amount of material for the following reasons, namely:
- heat release melting the freezing,
- holding force too low,
- obvious risks of breakage of the cutting tool,
- damage to the fixing plate,
- coolant for very specific machining,
- application only to the fields of horometry and jewelry.
The aim of the method and device forming the subject of the present invention overcomes the drawbacks mentioned above and provides the following advantages:
- highly efficient fixation,
- very fast freezing and thawing,
- high holding power during machining,
- possibility of taking important work passes,
- inexpensive device,
- modular device using a single control and compression unit,
- partial cooling of the part allowing a low thermal inertia.
The method of fixing parts by freezing is characterized in that a refrigerant gas is passed through a coil embedded in a fixing table which causes, via a solenoid valve and a pressure reducer, very rapid temperature variation at the upper surface of the fixing table which maintains, by means of a frozen liquid, at least one workpiece.
The invention also relates to a device characterized in that it comprises a gel tray provided with a base plate arranged so as to receive on its periphery an insulator serving as support for a fixing table which cooperates with a coil embedded in the mass of said table and connected to a compressor supplying a gas passing through regulating elements and the coil which causes a temperature variation at the level of the fixing table.
The accompanying drawings show two non-limiting embodiments of the device for implementing the process. In these drawings:
fig. 1 shows a plan view partially cut off at the level of the coils.
fig. 2 shows a plan view cut horizontally at the level of the regulating elements.
fig. 3 shows a longitudinal cut view along the axis C-C of FIG. 1.
fig. 4 shows a view cut transversely along the axis B-B of FIG. 1.
fig. 5 shows a side plan view of the assembly of an alternative embodiment of a rotating device.
fig. 6 shows a radial cut view according to FIG. 5 at the level of the coil.
fig. 7 shows a radial cut view of the device according to FIG. 5 at the level of the regulating elements.
fig. 8 shows a longitudinal cut view along the axis C-C of FIG. 7.
fig.
9 shows a longitudinal cut view along the axis B-B of FIG. 7.
Referring to the drawings, a description will now be given of the device which is the subject of the present invention, which comprises, with reference to FIGS. 1-2-3-4, a gel plate 1 composed of a base plate 2 whose rigidity allows great machining precision. The base plate 2 acts as a support for an insulator 3 which forms a central chamber 4 closed by a fixing table 5 which is blocked by means of the transverse screws 8-9 which are activated from the lower surface 10 of the base plate 2.
The fixing table 5 is configured so as to receive a coil 12 which is directly embedded during the casting of the table 5.
The specific arrangement of the coil 12 inside the fixing table 5 makes it possible to obtain a very high thermal conductivity allowing rapid variations in the temperature of the surface 14 of the fixing table 5 which is still provided with inserts 15 used for fixing one or more jigs (not shown) receiving the workpieces.
The gel tray 1 operates by means of an inlet pipe 18 which is connected to a pressure reducer 19 by known means and therefore not described. The outlet 20 of the regulator 19 is connected to a main pipe 21 supplying the coil 12 via the transition element 22. The intermediate member 25 acts as a connection with an outlet pipe 26 which passes through the insulator 3 by hermetic means. A bypass line 28 is rigidly mounted between the inlet 29 of the regulator 19 and the main line 21, passing previously through an electro-valve 30 which opens or closes the line 28, thus acting as a bypass.
As shown in fig. 2 the regulator is adjustable by means of a screw 35 locked by a lock nut and accessible by an opening 36 machined in the insulator 3 and closed by a closing plate 37. A probe 38 connected to the regulator 19 makes it possible to obtain the information for the regulation of the temperature of use of the gel tray 1. Probes 40-41 are also provided and mounted in the chamber 4 for the control and command of all of the various maintenance and safety functions.
The operation of the fixing process is as follows:
By means of a compressor and a control system known and not shown, the inlet pipe 18 is supplied with a refrigerant gas which then passes through the regulator 19 which causes a significant endothermic reaction of the gas in the main line 21 supplying the coil 12 which induces rapid cooling of the fixing plate 5, respectively of the surface 14 covered with a liquid which thus freezes a part or objects on the table 5. Due to the dimensioning of the coil 12, of the conductivity and of the isolated masses to be cooled, the gel reaction is very rapid.
After the machining operation of the part, the latter is removed by activating the electrovalve 30 which opens the passage of the compressed gas by causing an exothermic reaction of the gas passing through the pipe 28 and heating the coil 12 which immediately thaws the liquid used to fix the finished part.
We will describe an alternative embodiment of a fixing device with reference to Figs. 5-6-7-8-9 which comprises a rotating gel plate 35 composed of a base flange 36a secured to an axis 37 mounted on a thrust bearing 38b arranged so as to receive a supply line 39 and a line exhaust 40 separated by O-rings ensuring sealing. The base flange 36 is provided with a notch 37a machined on the outer periphery of the surface 38a and allowing the positioning and the fixing of a cylindrical insulating part 45. A fixing table 46 comes to fit in a recess 47 of the insulating part 45 thus forming a central chamber 48. The three parts described above 36a-45-46 are rigidly fixed by means of peripheral specifications 50.
The fixing table 46 comprises a coil 51 embedded in the material of the table 46 and which is connected to a supply pipe 52 and a discharge pipe 53.
As shown in figs. 7-8-9, the central chamber 48 is arranged so as to receive a pressure reducing valve 55 by a screw 56 and a solenoid valve 57 mounted on a bypass line 58. A closing plate 60 is provided for closing the central chamber 48 which thus becomes impervious to chips or liquids used for machining parts. A probe 62 is mounted in the table 46 to give the temperature information to the regulator 55 used for regulating the freezing of a liquid located between the surface 59 of the table 46 and a workpiece not shown.
The operating principle is in all respects identical to the basic version described in the fixed gel tray.
As a reminder, the present fixing device comprises a control installation which makes it possible to control or modify the freezing temperature of the part, according to the machining or the masses to be fixed. It also regulates the temperature of the fixing table in relation to the parameters used to optimize production.
In an alternative embodiment, the regulator 19 includes an electronic system for adjusting the pressure of the gas controlled by a microprocessor. The regulator 19 and the solenoid valve 30 are in this case placed directly in the control cabinet. The fixing table 5 in another alternative embodiment is provided with a profiled holding surface making it possible to fix special parts or else provided with a fixing angle activated by the refrigerant gas and allowing positioning and fixing of parts without flat base used for machining reference. For the machining of very large parts, it is possible to use several coupled fixing tables controlled by a CNC system and a single compressor.
The electrical transmission between the fixed part and the mobile part of the rotating gel tray is carried out by a mechanical device with contacts or electronic induction.