EP0345239A1

EP0345239A1 - Meule type boisseau et utilisation de celle-ci pour le meulage et le polissage mécaniques du verre

Info

Publication number: EP0345239A1
Application number: EP89870071A
Authority: EP
Inventors: Charles Pierre Hallez
Original assignee: Diamant Boart NV SA
Current assignee: Diamant Boart NV SA
Priority date: 1988-05-30
Filing date: 1989-05-25
Publication date: 1989-12-06
Also published as: FI892606A; FI892606A0; BE1001701A3; JPH0224063A

Abstract

Une meule (1) dont le revêtement abrasif (3) est fixé sur au moins une partie (2) de la surface de la meule et est composé de grains de diamant agglomérés par un liant métallique ou organique, les grains de diamant ayant une grosseur comprise entre 1 et 100 microns. Le revêtement abrasif (3) présente des rainures (5) disposées symétriquement par rapport à l'axe de rotation de la meule.

Description

La présente invention est relative à une meule type boisseau, garnie d'un revêtement abrasif disposé de manière symétrique par rapport à l'axe de rotation de la meule et formé d'éléments diamantés réalisés à partir de grains de diamant agglomérés par un liant métallique ou organique et séparés par des rainures.
Elle concerne également l'utilisation de cette meule pour le doucissage et le polissage mécaniques d'une surface plane d'un objet en verre.
L'invention trouve sa principale application dans l'industrie du verre, la cristallerie et la manufacture d'objets céramiques.
On connaît par le document FR-B-1104941 une meule du genre décrit ci-dessus, constituée par un corps recevant un bandeau travaillant présentant un aspect gaufré. Le bandeau est formé par des éléments diamantés réalisés à partir de grains de diamant agglomérés par un liant métallique ou organique, lesdits éléments diamantés étant séparés par des gorges, de manière à présenter une formé carrée, parallélipipédique, losangique, circulaire, hexagonale ou irrégulière. Les profil, forme et dimensions de cette meule sont très variés et la grosseur des grains est fonction du genre d'opération qu'on attend de la meule, depuis l'ébauche jusqu'au poli spéculaire.
Le document ne cite cependant qu'un seul exemple de grain fin de diamant, soit un grain de l'ordre de 180 microns. Pour une finesse de grain inférieure à 100 microns,il était à craindre qu'il se produise un déchaussement exagéré des grains fins qui s'échapperaient du revêtement avant d'avoir complètement travaillé.
Par le document BE-A-905.292, on connaît un procédé mécanique pour polir et/ou doucir une surface plane d'un objet en verre entraîné en rotation autour d'un axe perpendiculaire à cette surface. Ce procédé utilise une couronne abrasive d'une meule rotative, la couronne abrasive tournant autour d'un axe décalé, par rapport à son axe géométrique, d'une distance inférieure au rayon de la couronne, et l'axe de rotation de la couronne étant parallèle à l'axe géométrique de celle-ci et à l'axe de rotation de la surface à traiter.
Le balayage de la surface à traiter par la meule rotative sous pression constante le long d'une surface plane ou courbe d'un objet en verre, en cristal ou en matériau céramique (par exemple un verre à boire, un vase, un cendrier ou tout autre objet en matériau minéral présentant une surface plane ou à rayon de courbure de préférence de plus d'un mètre), procure un polissage parfait exempt de stries. Si le grain est suffisamment fin, la meule restaure la brillance des surfaces d'objets en verre, en cristal ou matière céramique, devenues mates en raison d'une opération de meulage préalable. Elle présente cependant l'inconvénient de comprendre un bandeau de matière abrasive monté de manière excentrée sur la couronne de la meule.
On connaît aussi par le document BE-A-08700437 un procédé pour polir mécaniquement une surface plane d'un objet en verre à l'aide d'une meule type boisseau ayant son flanc garni d'un bandeau de matière abrasive, la meule étant entraînée en rotation autour d'un axe incliné par rapport à l'axe de rotation de la surface à polir, de manière à appliquer la meule contre l'objet à polir le long d'une génératrice de contact, sous une pression appropriée et constante pendant la durée du meulage et/ou du polissage. Cette disposition permet de balayer chaque point de la surface à traiter et de réaliser une profondeur de passe bien définie. Le flanc de la meule type boisseau est garni d'un bandeau amovible porté par un support de matériau élastique compressible, monté de manière excentrée par rapport à l'axe géométrique de la meule, d'une distance inférieure au rayon moyen du flanc de la meule, l'axe de rotation du bandeau étant incliné par rapport à son axe géométrique et par rapport à l'axe de rotation de la surface à traiter. On engendre ainsi, le long de la génératrice de contact entre l'objet à polir et la meule, une surface restreinte de contact permettant un échauffement très localisé à la surface à polir pendant le polissage, la surface à polir étant ainsi soumise à une microfusion.
Ce procédé, comme le précédent, présente l'inconvénient de mettre en oeuvre un bandeau amovible de matière abrasive monté de manière excentréé sur la couronne de la meule. L'équilibrage de cette masse excentrée par rapport à l'axe de rotation de la meule, se fait à l'aide d'un balourd monté sur la meule. Lors de l'emploi de la meule, et en raison de l'usure infligée au bandeau, l'équilibre se détériore progressivement et on observe l'apparition de vibrations de plus en plus gênantes.
La présente invention vise à pallier les inconvénients précités. Elle propose une meule type boisseau garnie d'un revêtement s'étendant de manière symétrique par rapport à l'axe de rotation de la meule et formé d'éléments diamantés réalisés à partir de grains de diamant agglomérés par un liant métallique ou organique, lesdits éléments diamantés étant séparés par des rainures, caractérisée en ce que le revêtement abrasif est fixé sur au moins une partie de la surface de la meule et en ce qu'il est composé de grains de diamant ayant une grosseur comprise entre 1 et 100 microns.
Selon une particularité de l'invention, les grains abrasifs appartiennent à l'une des classes suivantes:
15 - 30 microns
10 - 20 microns
6 - 12 microns
4 - 8 microns
3 - 6 microns.
Selon une autre particularité de l'invention, les rainures ont une largeur comprise entre 0,5 à 4 mm, de préférence 2 mm, et une profondeur de 0,5 à 2 mm, de préférence 1 mm.
Dans une forme de réalisation particulière, les rainures sont orthogonales entre elles et déterminent des carrelets ayant environ 4 à 12 mm de côté, de préférence des côtés de 6 mm. Les rainures ont avantageusement une largeur de 1 à 3 mm, et une profondeur de 0,5 à 2 mm.
Des rainures sont généralement prévues dans le revêtement abrasif des meules destinées aux opérations d'ébauche d'une surface en matériau dur, c'est-à-dire dans un revêtement abrasif constitué de grains relativement gros. Par contre, les meules connues, destinées aux opérations de finition présentent généralement une surface abrasive uniforme à grains fins ou à concrétion diamantée à liant métallique ou résinoïde fixés sur un support élastique tel que décrit dans la demande de brevet européen No 793027921.
Il est dès lors inattendu qu'un revêtement abrasif gaufré fixé directement sur le corps de la meule type boisseau tel que revendiquée, procure un fini de surface meilleur qu'un revêtement abrasif réparti uniformément sur la surface de la meule.
La meule selon l'invention permet de parachever une surface de verre ou de matière minérale plus ou moins rugueuse ayant déjà subi une opération préalable d'ébauche et/ou de taille, par laquelle on élimine les défauts les plus grossiers, tels les coups de lames, déviations ou défauts d'enlèvement du pontil s'il s'agit d'une pièce moulée.
L'invention concerne également l'utilisation de la meule susdite pour le doucissage et le polissage mécaniques d'une surface plane ou sensiblement courbe d'un objet en verre.
Dans le cas d'une meule du type boisseau à flanc cylindrique, la meule est bien sûr entraînée en rotation autour d'un axe orthogonal à l'axe de rotation de la surface. Par contre, si la meule présente un flanc tronconique ou en segment de surface sphérique, elle est entraînée en rotation autour d'un axe incliné par rapport à l'axe de rotation de la surface pour meuler et polir mécaniquement une surface sphérique, de manière à appliquer ladite meule le long d'une portion de surface de contact, contre l'objet à polir, sous une pression appropriée et constante pendant la durée du meulage et/ou du polissage. La meule est habituellement entraînée en rotation à une vitesse de l'ordre de 1800 à 4000 tours/minute autour de son axe de rotation.
L'invention permet de modifier sans frais l'équipement existant à ce jour pour mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus.
Le procédé de doucissage et/ou polissage mécanique à l'aide de la meule selon l'invention se prête parfaitement à l'automatisation. Il permet de combiner le dégrossissage, la taille et le polissage d'une surface en matériau minéral, ces diverses opérations étant réparties soit sur diverses machines avec des organes de transfert d'une machine à l'autre, soit rassemblées sur une seule et même machine dans laquelle des stations de meulage sont disposées en série de façon à recevoir successivement l'objet à traiter. Les objets peuvent être chargés en continu et les opérations susdites peuvent être robotisées.
La meule selon l'invention accélère l'obtention d'un poli optique parfait par un procédé complètement automatique, rendant possible la production mécanique en série de surfaces de verre ou de cristal qui n'était jusqu'à présent accessible qu'aux procédés manuels et empiriques.
D'autres particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante, dans laquelle il est fait référence aux dessins schématiques ci-annexés.
Dans ces dessins :

- la figure 1 est une vue en plan d'une meule type boisseau ayant une couronne annulaire diamantée parfaitement centrée;
- la figure 2 montre la zone de contact entre la meule de la figure 1 et la surface plane de la base d'un objet en verre à doucir;
- la figure 3 est une vue en élévation montrant à échelle réduite un dispositif de polissage exemplaire mettant en oeuvre une meule type boisseau selon l'invention, garnie d'un revêtement diamanté tronconique parfaitement centrée, cette figure montrant également un moteur à arbre flottant sur lequel est calée la meule;
- la figure 4 est une vue en plan semblable à celle de la figure 3, montrant une meule type boisseau selon l'invention, servant à doucir une surface courbe en verre.

Dans ces différentes figures, les mêmes signes de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
Comme illustré à la figure 1, la meule type boisseau désignée dans son ensemble par le signe de référence 1, présente une couronne annulaire 2 garnie sur sa face supérieure 4 d'un revêtement abrasif 3 fixé par exemple par dépôt électrolytique, de manière à former une surface abrasive annulaire, uniforme, disposée symétriquement par rapport à l'axe de rotation LL′ de la meule 1.
Le revêtement abrasif 3 est constitué de fins grains de diamant agglomérés par un liant métallique ou organique. Les grains de diamant, conformément à l'invention, ont une grosseur comprise entre 1 et 100 microns environ et appartiennent à l'une des classes granulométriques suivantes :
15 - 30 microns
10 - 20 microns
6 - 12 microns
4 - 8 microns
3 - 6 microns
Dans le revêtement abrasif 3 sont ménagées des rainures 5 destinées à faciliter l'arrosage pendant le travail de la meule. Dans une forme de réalisation particulière, les rainures 5 sont disposées symétriquement par rapport à l'axe de rotation LL′ de la meule et elles sont orthogonales entre elles, déterminant par exemple des carrelets 12 ayant environ 4 à 12 mm de côté, de préférence des carrelets ayant 6 mm de côté. Les rainures 5 ont avantageusement une largeur de 0,5 à 4 mm et une profondeur de 0,5 à 2 mm environ.
La couronne diamantée 2 a par exemple une largeur comprise entre 10 et 40 mm (de préférence 30 mm), garnie de carrelets 12 entrecoupés par des rainures 5 entrecroisées ayant de préférence une largeur de 2 mm environ et une profondeur de 1 mm environ.
Une meule selon la figure 1 peut être utilisée pour doucir et/ou polir une surface plane d'un objet en verre, en cristal ou en matériau céramique par exemple.
La figure 2 représente une meule 1 conforme à la figure 1 et le périmètre de la base plane 10 d'un objet en verre. La surface à traiter 10 est maintenue constamment en contact avec le revêtement abrasif par des moyens quelconques. La zone de contact est hachurée sur la figure 2 et désignée par le signe de référence 11. La meule est animée d'un mouvement de rotation autour de l'axe LL′ qui est parallèle à l'axe de rotation SS′ de la surface à traiter 10 et on lui fait balayer la surface 10 dans des directions perpendiculaires entre elles, de manière à couvrir l'entièreté de la surface 10 à polir tout en maintenant une pression constante. Le balayage se fait sous arrosage intense.
La meule selon l'invention peut également avoir un revêtement abrasif sur une partie quelconque de sa surface, par exemple sur un flanc oblique formant une surface tronconique ou un segment de surface de révolution courbe quelconque.
La figure 3 représente schématiquement une machine exemplaire (machine type MAXI-FLETTE® de la firme BIEBUYCK ® ) utilisant une meule selon l'invention dont le revêtement abrasif couvre le flanc tronconique 2. La machine représentée dans la figure 2 comprend une tête de préhension rotative 18 entraînée par un moteur d'entraînement 21, un moyen d'amenée de la tête de préhension et d'un objet 7 vers la meule 1 entraînée en rotation pour appliquer ledit objet sur la meule sous une pression pneumatique appropriée et contrôlée pendant la durée du meulage et/ou du polissage. Dans ce but, la meule type boisseau est calée sur un arbre flottant 8 d'un moteur électrique 9, comme décrit dans le brevet belge No 696.828.
L'objet 7 présentant une surface 10 à traiter est agrippé dans un plateau de préhension 18 entraîné en rotation par l'arbre 20 du moteur 21, par exemple dans le sens de la flèche X, autour d'un axe de rotation SS′ perpendiculaire à la surface 10 à traiter. Cette surface 10 est mise en contact parallèlement à elle-même avec le revêtement abrasif 3 de la couronne diamantée tronconique 2 d'une meule rotative 1, cette couronne 2 tournant autour de son axe géométrique LL′ qui est ici incliné par rapport à l'axe SS′. La couronne 2 est animée d'un mouvement de rotation autour de l'axe LL′, dans le sens de la flèche Y. Les vitesses et les sens de rotation de la surface 10 à traiter et de la couronne diamantée 2 peuvent être identiques ou différents.
Le moteur d'entraînement 21 de l'objet 7 en rotation est à commande hydraulique. Sa vitesse peut être variée sans palier de 1 tour à 40 tours/minute au moyen d'un régulateur de vitesse.
Un logiciel (non décrit ici) permet de régler et de programmer la vitesse de rotation de l'objet 7 et de la meule, l'avancement de la meule et la pression d'application de la couronne diamantée sur l'objet 7.
La meule est soumise à un mouvement de balayage dans des directions perpendiculaires entre elles, de manière à couvrir toute la surface à polir. Ce balayage se fait sous arrosage intense. L'amplitude de chaque balayage est de l'ordre de 10 à 100 mm, de préférence 40 mm. Ainsi, chaque point de la surface 10 à traiter vient en contact avec le revêtement abrasif de la couronne 2 de la meule, et ce grâce aux mouvements de rotation de la surface 10 et de la meule 1.
Une pression sensiblement constante est appliquée par la couronne diamantée 2 sur la surface 10 au cours du traitement de celle-ci. Cette pression constante est assurée par l'arbre flottant 8 qui est soumis lui-même à une poussée exercée par un fluide comme décrit dans le brevet belge No 696.828.
La couronne abrasive peut avoir un diamètre extérieur de 100 mm à 250 mm, de préférence un diamètre de 150 mm. Le revêtement abrasif 3 peut avoir une largeur de 10 à 40 mm, de préférence une largeur de 30 mm, un diamètre extérieur de 150 mm et un diamètre intérieur de 90 mm environ.
La figure 4 représente une machine semblable à celle qui est montrée dans la figure 3, mais dans laquelle est utilisée une meule selon l'invention, dont le revêtement abrasif s'étend sur un flanc 2 formant un segment de surface de révolution courbe.
Les performances des machines connues munies de meules selon l'invention sont accrues et les propriétés avantageuses préservées :

1) lubrification de la meule simplement à l'eau perdue, chargée d'additifs tels que tensio-actifs ou autres (bio-dégradables), ce qui permet de grouper les stations de dégrossissage, de taille et de polissage, dans une même machine transfert sans danger de perturber les opérations d'aval par rapport aux opérations d'amont;
2) absence de vibrations en raison d'un équilibrage parfait de la meule et usure symétrique par rapport à l'axe de rotation;
3) positionnement précis de la surface à traiter par rapport à chaque meule:
4) contrôle rigoureux de la profondeur de passe à chaque station de travail:
5) éloignement micrométrique de la surface à traiter par rapport à la meule et une réduction progressive de la pression de contact permettant le rodage final;
6) réglage optimal du mouvement de va-et-vient, programmé en fonction de la surface à polir et de la vitesse de rotation de l'article à polir afin d'obtenir des surfaces géométriquement "parfaites".

Les résultats obtenus sur des surfaces brutes en verre ou en cristal, à tailler en surface plane (ou sphérique concave) dépendent de la finesse du diamant utilisé. Ainsi, on peut mettre en oeuvre du diamant appartenant à l'une des classes suivantes :
15 - 30 microns
10 - 20 microns
6 - 12 microns
4 - 8 microns
3 - 6 microns.
Après polissage au cérium, les résultats des mesures de rugosité et de planéité obtenus sur un échantillon en cristal poli à l'aide d'une meule de 150 mm de diamètre avec un revêtement abrasif composé de grains ayant une finesse comprise entre 10 -20 microns sont les suivants :
- rugosité Ra (CLA) = 4 à 6 micro-pouces (1,5 à 2,4 microns), alors que le poli optique est de 1 micro-pouce (0,4 micron);
- planéité de la surface de l'ordre de 0,01 mm, donnée par le réglage de la machine.
Le lustrage à l'oxyde de cérium peut être appliqué directement manuellement ou automatiquement.
Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux détails décrits ci-dessus et que ces détails pourront être modifiés sans sortir du cadre de cette invention.

Claims

1. Meule (1) type boisseau garnie d'un revêtement abrasif (3) s'étendant de manière symétrique par rapport à l'axe de rotation (LL′) de la meule (1) et formé d'éléments diamantés (12) réalisés à partir de grains de diamant agglomérés par un liant métallique ou organique, lesdits éléments diamantés étant séparés par des rainures (5), caractérisée en ce que le revêtement abrasif (3) est fixé sur au moins une partie (2) de la surface de la meule (1) et en ce qu'il est composé de grains de diamant ayant une grosseur comprise entre 1 et 100 microns.

2. Meule à boisseau selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement abrasif est composé de grains abrasifs ayant une grosseur comprise entre 1 et 30 microns, appartenant à l'une des classes suivantes :
15 - 30 microns
10 - 20 microns
6 - 12 microns
4 - 8 microns
3 - 6 microns.

3. Meule à boisseau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les rainures (5) sont disposées symétriquement par rapport à l'axe de rotation (LL′) de la meule (1).

4. Meule à boisseau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les rainures (5) sont orthogonales entre elles et déterminent des carrelets (12) ayant environ 4 à 12 mm de côté.

5. Meule à boisseau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couronne abrasive présente un diamètre extérieur de 100 à 250 mm et une largeur comprise entre 10 et 40 mm, environ.

6. Meule à boisseau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les rainures (5) ont une largeur comprise entre 0,5 à 4 mm environ et une profondeur de 0,5 à 2 mm environ.

7. Utilisation de la meule selon la revendication 1 ou 2, pour doucir et polir mécaniquement une surface plane (10) d'un objet en verre (7).

8. Utilisation selon la revendication 7, d'une meule type boisseau à flanc cylindrique, entraînée en rotation autour d'un axe (LL′) orthogonal à l'axe de rotation (SS′) de la surface (10) à traiter.

9. Utilisation selon la revendication 7, d'une meule type boisseau à flanc tronconique ou en segment de surface sphérique, entraînée en rotation autour d'un axe (LL′) incliné par rapport à l'axe de rotation (SS′) d'une surface sphérique à doucir et/ou polir mécaniquement, de manière à appliquer ladite meule contre la surface (10) à polir, sous une pression appropriée et constante pendant la durée du doucissage et/ou du polissage.