EP0762952A1 - Method of separation of a piece from a volume of material by propagation of a single crack - Google Patents

Method of separation of a piece from a volume of material by propagation of a single crack

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EP0762952A1
EP0762952A1 EP95921854A EP95921854A EP0762952A1 EP 0762952 A1 EP0762952 A1 EP 0762952A1 EP 95921854 A EP95921854 A EP 95921854A EP 95921854 A EP95921854 A EP 95921854A EP 0762952 A1 EP0762952 A1 EP 0762952A1
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EP
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crack
forces
block
line
separation
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EP95921854A
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Etienne Vincent
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/22—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by cutting, e.g. incising
    • B28D1/222—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by cutting, e.g. incising by pressing, e.g. presses

Definitions

  • the present invention relates to a process for removing a piece from a block of material, by propagation of a single crack, along a predetermined surface.
  • the problem of guiding cracks over large areas seems to have been very rarely tackled and it seems necessary to define a certain number of terms which we will use in this text.
  • crack is meant a phenomenon of decohesion of the molecules constituting a material, inside a block of this material. The propagation of a crack can result in the separation between a piece and the rest of said block of material without removing material.
  • material is meant here a solid, coherent, rigid substance such as natural rocks, concrete, bricks and terracotta, glass, rigid plastic and even wood, cast iron and steel.
  • fissile material is meant a material which has a direction of plane of cleavage, that is to say a direction of plane ' having a significantly lower tensile strength, the tenth or even the hundredth in this plane direction than in any other neighboring direction.
  • material with natural cleavages is meant a material which has cleavage planes. variable spacings.
  • homogeneous material is meant a material whose tensile strength, in any given plane direction, is greater than one tenth of that which exists in a neighboring plane direction.
  • block is meant a volume of material having roughly the shape of a prism with a quadrilateral section, the actual line on one side of the section not deviating from a straight line by more than
  • planar separation surface is meant a surface which deviates from a mean plane only by slight deviations due to defects in the homogeneity of the material, the deviations reaching at most 5% of a dimension of the separation surface.
  • curved separation surface is meant a relatively flat surface but at least one of the edges of which is wavy and deviates from an average straight line by 5 to 25% of its length, or a curved, concave surface or convex, or a curved surface with wavy edges. The importance of the irregularities thus defined nevertheless makes it possible to define an average separation plan.
  • crack start line means a line extending on one of the faces of the block called “crack start face”. It includes all the points from which the crack develops at the start. It can be rectilinear or undulate around a straight line.
  • Cross arrival line means a line comprising all the points reached by the crack at the time of the separation of the piece and being on the side of the block called "face of arrival of crack” located opposite to the face of departure of crack. It can undulate like the starting line of crack.
  • intermediate lines is meant the lines joining the end of the start and finish lines and located on the other two sides of the prism, other than the start and end faces of the crack.
  • ends of the block, the two ends of the prism.
  • rack length is meant the average distance between the starting line and the finishing line.
  • separation width is meant the distance separating the two “intermediate lines”.
  • piece means a part of the block separated from the rest of the block and of thickness at most equal to half that of the original block; and by “piece side” of a block, the part of this block intended to become the piece that you want to separate from the block.
  • thickness is meant the average size of a piece or block in a direction perpendicular to the separation surface.
  • thick piece is meant a piece of thickness at least equal to a quarter of its length.
  • thin piece is meant a piece of thickness at most equal to a quarter of its length but most often equal to 1/5, or even 1/10 of its length, even less in certain favorable cases.
  • crack initiation is meant a very shallow crack or groove, a few millimeters, rarely a few centimeters, created locally or over a certain length on the surface of a block by known means such as shock, high pressure d '' a tool, etc., for a crack or diamond disc, etc., for a groove.
  • compressive force is meant a force or component of force which is exerted parallel to the mean plane of the separation surface, towards the interior of the block.
  • force of separation one understands a whole of two forces, or components of forces, equal and opposite, being exerted on both sides of the starting lines of crack and the intermediate lines.
  • system of compressive forces and “system of separation forces” is meant a set of forces or components of compression or separation forces acting on a defined area of the block by means of supporting elements.
  • force system is meant a set of forces, acting on a defined area of the block by means of support elements, and the result of which comprises at least one compression component.
  • support elements of a force or a system of forces is meant a pusher or a set of plungers transmitting this force to the surface of the material.
  • the support can be done along a very localized area or point, an elongated and very narrow area or line, an area of determined shape, or finally, if nothing is specified, an area of any shape.
  • the area of application of a force is the support area of the pusher.
  • the supporting elements are arranged so as to distribute as uniformly as possible, in their area of action, the force on the material of the block.
  • fixed non-deformable assembly means a chassis provided in a machine intended for the implementation of the method.
  • the existence of such a chassis is essential to absorb the reactions of the forces brought into play on the block of material.
  • separation forces are created created by a tool with a small radius of curvature penetrating into the crack initiator, and compensated using a tool with large radius of curvature acting in opposite direction on the finish line, and to these forces are added compression stresses created by clamping the block, on the piece side, between two tools with large radius of curvature. It is specified that the forces creating these compressive stresses must be properly measured, and that in addition, it is frequently necessary to prepare the separation surface by creating zones of least resistance therein.
  • the studies carried out for the implementation of the process of EP-A-0294267, have shown that the dosage of
  • the present invention follows long studies and experiments which have made it possible to discover the very specific properties of the stress regime induced in a block by at least three force systems acting on two opposite faces of a block of prism-shaped material. with quadrilateral section.
  • the aim of the present invention is to provide a method making it possible to obtain a separation surface of the desired shape, without very precise control of the forces applied to the piece, and with a preparation of the separation surface which is more reduced than in prior art.
  • the invention provides a method for separating a piece of a block of material along a predetermined surface intersecting one of the faces of the block called the crack start face along a line called the crack start line. and intersecting the opposite face, called the crack arrival face, along the crack finish line, the separation being effected by a single crack propagating from the starting line to the crack finish line, the method comprising the following operations:
  • the duration of the propagation of the crack can be very short, for example less than 1/100 of a second. It is therefore not absolutely necessary for the block to be in stable equilibrium during the separation itself, since the movement produced may be only of very small magnitude, and not modify the stresses induced in the block.
  • the side intensity piece may even exceed 30% at least that strictly necessary, on the sole condition that the "barrier" created on the block side has sufficient intensity
  • This double feature therefore makes it possible not only to separate a piece or a succession of thin pieces from a block without having to precisely adjust the second system of forces even if the width of the block varies, but also, whatever the thickness of the piece to be separated, to obtain surfaces with perfectly determined concavity or convexity, by measuring the torque introduced into the material. Taking into account that it is always advantageous, even in the separation of thick pieces, that the compressive stresses exerted in the block, in the vicinity of the separation plane are as high as possible, a maximum has been fixed indicative of distance between the starting line of crack and the zones of application of the second and third systems of forces.
  • first, second and third systems of compressive force and their intensities consists in inducing no torque in the material of the block, by ensuring that the result of the forces acting on the starting face or arrival of crack passes between the support zones of at least two forces, acting on the opposite face, that is to say arrival or departure of crack, and in that these support zones are arranged to prevent any rotational movement of the block around one of them.
  • the block is in stable equilibrium since it rests on at least two points and the balance of forces to which the block is subjected is easily obtained without the material of the block being subjected to a torque. It is obviously advantageous, whenever possible, and this in order to have the greatest possible freedom for the adjustment of the relative intensities of the different forces, so that the distance separating the bearing zones of the two forces here- as large as possible.
  • an advantageous way of inducing in the material a measurable intensity torque is that the bearing zone of at least one of the forces either of the first system of forces, either the second or third force system, is a fixed elongated line parallel to the desired mean plane of separation and if the implementation of all the applied forces tends to rotate the block around this line, this tendency is canceled out by exerting on at least one of the supporting elements of the other forces involved, a measurable effort, perpendicular to this plane, effort whose direction and intensity determine the shape that one wishes to give to its separation surface.
  • the method also provides a means for the desired separation surface to cut across the four edges of the block along lines defined in advance, slightly different from those arising from the desired flat or curved surfaces inside the block. According to an advantageous way, one will oblige, in a homogeneous material, the crack to follow, during its development, the lines of departure and arrival .de crack as well as the desired intermediate lines, even if each of these lines undulates around in a straight or curved line by doing the following:
  • the supporting elements of the first force system are made to act as regularly as possible - exactly on the desired crack finish line;
  • known means are used to encourage a crack to follow a determined path on the surface of a block, but the quality of the guidance of the crack during its propagation both inside the block and around its perimeter will make it possible to obtain separation surfaces that are better defined in advance and much more regular than by any known method.
  • the means playing the crack calling role are known systems such as: crack initiation created by an impact or any other means, force exerted exactly on the desired call line, separation forces exerted on either side of the line desired call.
  • a system of compression forces is applied, acting exactly on the starting line of the crack and on most of its dimension, by means of d tools in the form of a chisel, a force system of sufficient intensity to initiate a crack along its line of support and create at least part of the force of separation necessary for the propagation of the crack.
  • This latter method has an implementation as rapid and practically as simple as the conventional methods. It makes it possible to introduce into the material a compression as high as it seems desirable to obtain a perfect separation, even in so-called homogeneous materials but having heterogeneities in their mass. It gives excellent control of the torque introduced into the material and therefore of the concavity or convexity of the separation surface.
  • An interesting modality of the method consists in that at least part of the separation forces ensuring the propagation of the crack is generated by a fluid pressure confined in all or part of the crack initiator (s) created on the starting line of rift.
  • This modality will give the separation surface a very "soft" appearance, partly overcoming the "grain” of the material.
  • This mode where the propagation of the crack can be done without measurable spacing of the lips of the crack at the level of the starting surface, makes it possible to carry out the separation even if all or part of the support means of the second systems of forces d on the one hand, third systems of force on the other hand are linked together so as not to be able to deviate from each other, a useful arrangement for achieving certain arrangements of equilibrium.
  • a plate of flexible and impermeable material extending on either side of the starting line of the crack, serves both to confine the fluid under pressure in the crack initiator (s), and transmitting the forces of the second and third force systems to the block.
  • Figure 1 is a schematic view in perspective of a block of material before 'treatment. This figure and the following assume that the crack start face is at the top of the block. In reality, the block and its crack starting face can take, in space, any arrangement.
  • Figure 2 is a schematic perspective view of a block and a piece after separation.
  • Figure 3 is the diagram, along a section established in the median plane of the block, plane passing through the middle of the start and finish lines of the crack and perpendicular to the desired mean plane of separation, of a device making it possible to exercise the different efforts provided for in the above text and keeping the block in stable equilibrium before the crack progresses.
  • Figures 4 and 5 are two diagrams explaining the constraints to which the material of the block of Figure 3 will be subjected, according to the relative intensity of the different forces involved.
  • Figures 6, 7, 8 and 9 are diagrams, established as that of FIG. 3, of various devices making it possible to implement the planned effort systems while keeping the block in equilibrium.
  • Figure 1 shows a block 1 which we want to separate a piece 2, which represents the piece side of the block before separation while 3 designates the element that will remain after separation and constituting the block side of the initial block.
  • the crack starting face 4 carries the crack starting line 11 undulating around the mean line 11A.
  • the crack arrival face is designated by 5.
  • the other two sides, designated by 6B as well as 6A are intersected by the curved plane of separation along the intermediate line 13A.
  • the end of the piece is designated by 7A, and that of the block remaining after separation by 7B.
  • Figure 2 shows the piece 2 separated from the remaining block 3 along the curved separation surface 8 intersecting the block along the starting line 11 on the crack start face 4, the finish line 12 on the finish face of crack 5, the intermediate lines 13A and 13B on the sides 6A and 6B (not shown).
  • the references 14 and 15 respectively designate the separation length and the separation width; while 16 and 17 respectively represent the thicknesses of the piece on the one hand, of the remaining block on the other.
  • Figure 3 is a sectional view of a block in equilibrium and subjected to several force systems. Its crack arrival face 5 rests along the crack arrival line 12 on a support 20 rigidly linked to a fixed non-deformable assembly 25 and on another support 21 also rigidly linked to the assembly 25. The support 20 goes generate the first force system. On the crack starting face 4, two support elements 22 and 23 transmit to the block the forces produced by two sets of rod-jacks 26 and 27 connected by pins 28 and 29 to the same set 25. These support elements act on both sides of the starting line of crack whose trace is in 11. They transmit respectively the second and third systems of forces. The piece to be detached is marked 2, the remaining block 3.
  • the support element 23 prevents by a support 30, always connected to the non-deformable assembly 25, any lifting of the support block 21.
  • the zones d 'support support means 20, 21, 22 and 23 cover all or part of the width of the block or piece even if the surface is irregular using the usual means to solve this type of problem.
  • Figure 4 is drawn in the median plane of the same block and analyzes the forces transmitted in the material by the support means 20, 21, 22 and 23 of Figure 3.
  • 11 and 12 the traces of the lines of departure and arrival of crack.
  • 2 and 3 the piece and the block which will remain after separation.
  • 32 and 33 the respective result of the second and third systems of forces acting on the starting face of crack with their intensity.
  • the supports 20 and 21 of FIG. 3 will generate forces shown diagrammatically at 31 and 34 whose total intensity will be equal to the resultant 35, forces 32 and 33.
  • 31 is the resulting from what we have called the first system of forces.
  • the length of the crack is designated by 14, by 41 the distance between the support line 12, the crack arrival line, and the line of action of the force 32.
  • the element support of force 32 will therefore induce a constraint, parallel to the separation force, of intensity equal to 32 x 41:14.
  • the support element of the force 33 will induce a force of the same nature and of opposite direction. It is thus understood how the support elements of the second and third force systems induce on either side of the crack starting line, a separation force. This force is directly linked to the positions, directions and intensities of the second and third force systems which can always be fixed so that they induce inside the block the desired compression stresses and specified above before 'they do not generate a force of separation of sufficient intensity to propagate the crack.
  • This reaction of the support 30 induces in the material, in the vicinity supports 23 and 20 a couple of intensity 43 ( Figure 5) which will be reflected in the area where the crack is propagated by a force which will tend to spread the crack, in the first half of its path, from the plane joining the start and end lines of crack 11 and 12, then in the second half to bring it closer.
  • FIG. 6 we have used a device identical to that of FIG. 3 but where the support means 23 slides between two supports 30 and 30A, both linked to the rigid assembly 25.
  • the 'support 21 On the other hand, the 'support 21.
  • the analysis of Figures 4 and 5 immediately makes it possible to understand how such a device will allow, by simply playing on the relative intensities of the forces 32 and 33, to produce convex, flat or concave surfaces.
  • the very easy measurement of support reactions of 30 and 30A will make it possible to control the value of the torque and therefore the intensity of the curvature of the separation surface.
  • the weight of the block influences the value of the torque. This influence can always be corrected by playing on the relative intensities of the forces 32 and 33 exerted by the support means 22 and 23.
  • FIG. 7 a different device has been shown in which a jack 50, connected by an axis 51 to the fixed non-deformable assembly 25 transmits the first system of forces by means of its means support 51 acting on the crack arrival line 12, and pushes the block on two blades or sets of blades 22 and 23 constituting the support means of the second and third force systems. These blades are rigidly linked to the fixed assembly 25. It can immediately be seen that such a device does not introduce any torque into the material and will therefore make it possible to ensure plane separations by bringing into play only one jack or one single set of cylinders.
  • FIG. 8 represents a block 1 of cleavable material having separate, roughly parallel cleavage planes.
  • a support 20 fixed, acting on either side of the crack finish line 12 and the support means 22 and 23 transmitting the second and third force systems.
  • a jack 55 by means of its support means 50 constituted by a knife with a relatively acute angle, strongly presses on the starting line of crack 11 and creates there a crack initiation which will propagate while remaining in the plane of cleavage chosen under the action of the separation forces induced by 56 but also, as we saw above by the bodies 22 and 23.
  • Figure 9 differs from Figure 7 by the presence of an element 60 of flexible material.
  • the block is pressed on one face 61 of this element, which is supported by its opposite face 62 on a rigid part 63 linked to the fixed assembly 25.
  • the support of the face 61 induces in the material of the block equivalent stresses to those of forces 32 and 33 of FIG. 4; the direction of these forces is conditioned by the shape of the element of flexible material and / or of the part 63.
  • the element 60 is impermeable, it will be possible to use the pressure which it exerts on the block to confine a fluid under pressure, introduced by tubing 64 into all or part of the crack initiators created on the starting line of crack, generating all or part of the necessary separation force.
  • FIGS. 3, 6, 7 and 8 The implementation of the separation forces necessary to propagate the crack can be analyzed in FIGS. 3, 6, 7 and 8.
  • FIGS. 3 and 6 it can be seen that the support member 22 of the second system of forces can deviate freely from the support member 23 of the third system of forces, thus leaving the crack free to open as it progresses.
  • the intensity, the location of the application area, the relative inclination of the second and third force systems make it possible to create a separation force of desired intensity. It can sometimes be inconvenient for the separation to take place after having controlled the intensity of the second and / or third force system with precision beforehand.
  • the separation effort will be completed by placing one or more sets of hydraulic cylinder rods connecting the support means 22 and 23 which will only be acted upon after having given the other forces the desired value.
  • This arrangement is particularly advantageous in the case of separation of thin pieces where the intensity of the second force system must be well controlled.
  • the blades 22 and 23 can be very rigid and prevent any significant separation between them. We can then favor a separation by fluid pressure confined in one or more crack initiators of the starting line 11. We can also give a slight flexibility to the blades 22 and 23 and we are brought back to the previous case.
  • the separation force in the case of separation of thin pieces, will never exceed, according to all the experiments carried out, confirmed by calculation, 60% of the minimum compression force required on the piece side and we can therefore always apply a sufficient separation force without the risk of sliding the supports 22 and 23.
  • the implementation of the separation force will not pose any problem .
  • No diagram illustrates how to control the shape of the four edges of the pieces. Respecting a perfectly regular shape and thickness is however very important each time a succession of pieces intended to be assembled side by side is produced.
  • This control in fact implements means which are perfectly known but whose efficiency will be increased due to the very good control of the average shape of the separation surface.
  • the creation of crack initiators on the starting line to which one gives the desired shape poses no problem.
  • tools can be operated with a straight or curved end or waving slightly around these lines, pressed strongly along the desired line, the intensity of the effort, however, never having to initiate a crack at the end of the tool.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

To obtain a separation according to a predefined surface, an incipient crack (11) is produced in the volume of material, separating forces being applied to each side of said incipient crack. To guide the crack, the volume of material is subjected to three forces, two forces (32, 33) being applied to either side of the incipient rupture and a third force (31) being applied in the opposite direction in the vicinity of the finishing line (14) of the crack. These forces produce a torque in the material. If the torque is null, the separation surface will be plane, otherwise, it will be curved. Adjustment of the torque determines the curvature of the separation surface.

Description

Titre : procédé pour séparer un morceau d'un bloc par propagation d'une fissure unique.Title: process for separating a piece from a block by propagation of a single crack.
La présente invention est relative à un procédé d'enlèvement d'un, morceau à un bloc de matière, par propagation d'une fissure unique, suivant une surface prédéterminée. Le problème du guidage de fissures sur de grandes surfaces semble avoir été très rarement abordé et il paraît nécessaire de définir un certain nombre de termes que nous utiliserons dans ce texte.The present invention relates to a process for removing a piece from a block of material, by propagation of a single crack, along a predetermined surface. The problem of guiding cracks over large areas seems to have been very rarely tackled and it seems necessary to define a certain number of terms which we will use in this text.
Par "fissure", on entend un phénomène de décohésion des molécules constituant une matière, à l'intérieur d'un bloc de cette matière. La propagation d'une fissure peut aboutir à la séparation entre un morceau et le reste dudit bloc de matière sans enlèvement de matière. Par "matière", on entend ici une substance solide, cohérente, rigide telle que roches naturelles, bétons, briques et terres cuites, verre, plastique rigide et même bois, fonte et acier.By "crack" is meant a phenomenon of decohesion of the molecules constituting a material, inside a block of this material. The propagation of a crack can result in the separation between a piece and the rest of said block of material without removing material. By "material" is meant here a solid, coherent, rigid substance such as natural rocks, concrete, bricks and terracotta, glass, rigid plastic and even wood, cast iron and steel.
Par "matière fissile", on entend une matière qui présente une direction de plan de clivage, c'est-à- dire une direction de plan ' ayant une résistance à la traction nettement plus faible, le dixième, voire le centième, dans cette direction de plan que dans toute autre direction voisine. Par "matière à clivages naturels", on entend une matière qui possède des plans de clivage à. des écartements variables .By "fissile material" is meant a material which has a direction of plane of cleavage, that is to say a direction of plane ' having a significantly lower tensile strength, the tenth or even the hundredth in this plane direction than in any other neighboring direction. By "material with natural cleavages" is meant a material which has cleavage planes. variable spacings.
Par "matière homogène", on entend une matière dont la résistance à la traction, dans toute direction de plan donnée, est supérieure au dixième de celle, qui existe dans une direction de plan voisine.By "homogeneous material" is meant a material whose tensile strength, in any given plane direction, is greater than one tenth of that which exists in a neighboring plane direction.
Par "bloc", on entend un volume de matière ayant approximativement la forme d'un prisme à section en forme de quadrilatère, le tracé réel d'un côté de la section ne s'écartant pas d'une ligne droite de plus deBy "block" is meant a volume of material having roughly the shape of a prism with a quadrilateral section, the actual line on one side of the section not deviating from a straight line by more than
20% de la longueur de ce côté. Par "surface de séparation plane", on entend une surface qui ne s'écarte d'un plan moyen que par de faibles écarts dus à des défauts d'homogénéité de la matière, les écarts atteignant au plus 5% d'une dimension de la surface de séparation.20% of the length on this side. By "planar separation surface" is meant a surface which deviates from a mean plane only by slight deviations due to defects in the homogeneity of the material, the deviations reaching at most 5% of a dimension of the separation surface.
Par "surface de séparation courbe", on entend une surface relativement plane mais dont au moins l'un des bords est ondulé et s'écarte d'une ligne droite moyenne de 5 à 25% de sa longueur, ou une surface courbe, concave ou convexe, ou une surface courbe à bords ondulés. L'importance des irrégularités ainsi définies permet cependant de définir un plan moyen de séparation.By "curved separation surface" is meant a relatively flat surface but at least one of the edges of which is wavy and deviates from an average straight line by 5 to 25% of its length, or a curved, concave surface or convex, or a curved surface with wavy edges. The importance of the irregularities thus defined nevertheless makes it possible to define an average separation plan.
Par "plan médian" d'un bloc, un plan perpendiculaire au plan moyen de séparation et passant par le milieu des lignes de départ et d'arrivée de fissure. Par "surface prédéterminée", on entend desBy "median plane" of a block, a plane perpendicular to the mean plane of separation and passing through the middle of the start and finish lines of the crack. By "predetermined area" is meant
"surfaces planes" ou des "surfaces courbes"."flat surfaces" or "curved surfaces".
Par "propagation d'une fissure unique", on indique que le procédé ne générera pas de fissures artificielles dans le bloc ou le morceau, autres que celle propagée dans la surface prédéterminée sauf exceptionnellement dans le cas particulier de matières contenant de très fortes hétérogénéités.By “propagation of a single crack”, it is indicated that the process will not generate artificial cracks in the block or the piece, other than that propagated in the predetermined surface except exceptionally in the particular case of materials containing very strong heterogeneities.
Par "ligne de départ de fissure", on entend une ligne s'étendant sur l'une des faces du bloc appelée "face de départ de fissure". Elle comprend l'ensemble des points à partir desquels se développe, au départ, la fissure. Elle peut être rectiligne on onduler autour d'une droite.By "crack start line" means a line extending on one of the faces of the block called "crack start face". It includes all the points from which the crack develops at the start. It can be rectilinear or undulate around a straight line.
Par "ligne d'arrivée de fissure", on entend une ligne comprenant l'ensemble des points atteints par la fissure au moment de la séparation du morceau et se trouvant sur le côté du bloc appelé "face d'arrivée de fissure" situé à l'opposé de la face de départ de fissure. Elle peut onduler comme la ligne de départ de fissure."Crack arrival line" means a line comprising all the points reached by the crack at the time of the separation of the piece and being on the side of the block called "face of arrival of crack" located opposite to the face of departure of crack. It can undulate like the starting line of crack.
Pour simplifier, les termes ci-dessus seront remplacés dans le présent texte par "ligne de départ", "face de départ", "ligne d'arrivée" et "face d'arrivée".For simplicity, the above terms will be replaced in this text by "start line", "start face", "finish line" and "finish face".
Par "lignes intermédiaires", on entend les lignes rejoignant l'extrémité des lignes de départ et d'arrivée et situées sur les deux autres côtés du prisme, autres que les faces de départ et d'arrivée de fissure.By "intermediate lines" is meant the lines joining the end of the start and finish lines and located on the other two sides of the prism, other than the start and end faces of the crack.
Par "extrémités" du bloc, les deux extrémités du prisme.By "ends" of the block, the two ends of the prism.
Par "longueur de fissure", on entend la distance moyenne séparant la ligne de départ et la ligne d'arrivée.By "crack length" is meant the average distance between the starting line and the finishing line.
Par "largeur de séparation"-, on entend la distance séparant les deux "lignes intermédiaires".By "separation width" - is meant the distance separating the two "intermediate lines".
Par "morceau", on entend une partie du bloc séparée du reste du bloc et d'épaisseur au plus égale à la moitié de celle du bloc d'origine; et par "côté morceau" d'un bloc, la partie de ce bloc destinée à devenir le morceau que l'on désire séparer du bloc.By "piece" means a part of the block separated from the rest of the block and of thickness at most equal to half that of the original block; and by "piece side" of a block, the part of this block intended to become the piece that you want to separate from the block.
Par "épaisseur", on entend la dimension moyenne d'un morceau ou d'un bloc dans une direction perpendiculaire à la surface de séparation. Par "morceau épais", on entend un morceau d'épaisseur au moins égale au quart de sa longueur.By "thickness" is meant the average size of a piece or block in a direction perpendicular to the separation surface. By "thick piece" is meant a piece of thickness at least equal to a quarter of its length.
Par "morceau mince", on entend un morceau d'épaisseur au plus égale au quart de sa longueur mais le plus souvent égale au 1/5, voire le 1/10 de sa longueur, encore moins dans certains cas favorables. Par "amorce de fissure", on entend une fissure ou une rainure très peu profonde, quelques millimètres, rarement quelques centimètres, créée localement ou sur une certaine longueur à la surface d'un bloc par des moyens connus tels que choc, forte pression d'un outil, etc., pour une fissure ou disque diamanté, etc., pour une rainure.By "thin piece" is meant a piece of thickness at most equal to a quarter of its length but most often equal to 1/5, or even 1/10 of its length, even less in certain favorable cases. By "crack initiation" is meant a very shallow crack or groove, a few millimeters, rarely a few centimeters, created locally or over a certain length on the surface of a block by known means such as shock, high pressure d '' a tool, etc., for a crack or diamond disc, etc., for a groove.
Par "force de compression", on entend une force ou une composante de force qui s'exerce parallèlement au plan moyen de la surface de séparation, en direction de l'intérieur du bloc.By "compressive force" is meant a force or component of force which is exerted parallel to the mean plane of the separation surface, towards the interior of the block.
Par "force de séparation", on entend un ensemble de deux forces, ou composantes de forces, égales et opposées, s'exerçant de part et d'autre des lignes de départ de fissure et des lignes intermédiaires.By “force of separation”, one understands a whole of two forces, or components of forces, equal and opposite, being exerted on both sides of the starting lines of crack and the intermediate lines.
Par "système . de forces de compression" et "système' de forces de séparation", on entend un ensemble des forces ou composantes de forces de compression ou • de séparation s'exerçant sur une zone définie du bloc par l'intermédiaire d'éléments d'appui.By "system of compressive forces" and "system of separation forces" is meant a set of forces or components of compression or separation forces acting on a defined area of the block by means of supporting elements.
Par "système de forces", on entend un ensemble des forces, s'exerçant sur une zone définie du bloc par l'intermédiaire d'éléments d'appui, et dont la résultante comprend au moins une composante de compression.By "force system" is meant a set of forces, acting on a defined area of the block by means of support elements, and the result of which comprises at least one compression component.
Par "éléments d'appui" d'une force ou d'un système de forces, on entend un poussoir ou un ensemble de poussoirs transmettant cette force à la surface de la matière. L'appui peut se faire suivant une zone très localisée ou point, une zone allongée et très étroite ou ligne, une zone de forme déterminée, ou enfin, si rien n'est précisé, une zone de forme quelconque. La zone d'application d'une force est la zone d'appui du poussoir. Par définition, les éléments d'appui sont agencés de façon à répartir aussi uniformément que possible, dans leur zone d'action, la force sur la matière du bloc.By "supporting elements" of a force or a system of forces is meant a pusher or a set of plungers transmitting this force to the surface of the material. The support can be done along a very localized area or point, an elongated and very narrow area or line, an area of determined shape, or finally, if nothing is specified, an area of any shape. The area of application of a force is the support area of the pusher. By definition, the supporting elements are arranged so as to distribute as uniformly as possible, in their area of action, the force on the material of the block.
Par "ensemble indéformable fixe", on entend un châssis prévu dans une machine destinée à la mise en oeuvre du procédé. L'existence d'un tel châssis est indispensable pour absorber les réactions des forces mises en jeu sur le bloc de matière.By "fixed non-deformable assembly" means a chassis provided in a machine intended for the implementation of the method. The existence of such a chassis is essential to absorb the reactions of the forces brought into play on the block of material.
Il est connu depuis longtemps de diviser des blocs de matière par propagation d'une fissure à partir d'une amorce de fissure préparée à l'avance. Selon le brevet US-A-26319154, ORLOW a introduit des coins dans des fentes confectionnées à .1'avance puis soumis ces coins à un impact brusque, ce qui fracture le bloc.It has long been known to divide blocks of material by propagation of a crack from a crack primer prepared in advance. According to US-A-26319154, ORLOW has introduced corners into slots made in advance and then subjected these corners to a sudden impact, which fractures the block.
Dans les documents FR-A-2432375 et EP-A-0050075, s'appliquant aux matières fissiles ou à plan de clivage naturel, qui citent comme inventeur l'auteur de la présente invention, on exerce sur les parois de l'amorce de la fissure une pression de liquide ou bien on exerce un effort de cisaillement sur les deux côtés de la fissure à faire progresser.In documents FR-A-2432375 and EP-A-0050075, applying to fissile materials or with a natural cleavage plane, which cite as inventor the author of the present invention, the primer of the crack a pressure of liquid or one exerts a shearing force on the two sides of the crack to make progress.
Ces procédés, d'application limitée à certains types de matière, ne sont efficaces que dans certaines configurations bien déterminées.These methods, of application limited to certain types of material, are only effective in certain well-defined configurations.
On utilise couramment, dans le cas où l'on cherche à séparer un morceau épais d'un bloc, une technique consistant à serrer fortement le bloc entre deux outils appliqués sur deux faces opposées du bloc, chaque outil générant une fissure. Le contrôle de la forme exacte de la surface de séparation est difficile. Il est lié à un réglage précis de la machine, et devient impossible dès que les organes d'appui prennent du jeu. Dans le document EP-A-0294267, au nom du même inventeur que la présente invention, on décrit un procédé pour séparer un morceau d'un bloc de matière suivant une surface prédéterminée coupant l'une des faces du bloc, appelée face de départ de fissure suivant une ligne appelée ligne de départ de fissure sur laquelle on a créé au moins une amorce de fissure et recoupant une face opposée, dite face d'arrivée de fissure, suivant une ligne d'arrivée de fissure, la séparation étant effectuée par une fissure unique se propageant depuis la ligne de départ de fissure jusqu'à la ligne d'arrivée de fissure, sous l'action d'un système de forces de séparation, procédé selon lequel on agit sur la propagation de la fissure en créant des contraintes de compression dans la masse du bloc, au voisinage de ladite fissure.One commonly uses, in the case where one seeks to separate a thick piece of a block, a technique consisting in strongly clamping the block between two tools applied on two opposite faces of the block, each tool generating a crack. Controlling the exact shape of the separation surface is difficult. It is linked to a precise adjustment of the machine, and becomes impossible as soon as the support members take play. In document EP-A-0294267, in the name of the same inventor as the present invention, a method is described for separating a piece of a block of material along a predetermined surface cutting one of the faces of the block, called the starting face of crack along a line called crack start line on which at least one crack initiation has been created and intersecting an opposite face, called crack arrival face, along a crack finish line, the separation being effected by a single crack propagating from the crack start line to the crack finish line, under the action of a system of separation forces, a process which acts on the propagation of the crack by creating compressive stresses in the mass of the block, in the vicinity of said crack.
Plus précisément, selon EP-A-0294267, et notamment sa figure 2, on utilise des forces de séparation créées par un outil à petit rayon de courbure pénétrant dans l'amorce de fissure, et compensées à l'aide d'un outil à grand rayon de courbure agissant en direction opposée sur la ligne d'arrivée, et on ajoute à ces forces des contraintes de compression créées en serrant le bloc, du côté morceau, entre deux outils à grand rayon de courbure. Il est précisé que les forces créant ces contraintes de compression devront être convenablement dosées, et qu'en outre, il faut fréquemment préparer la surface de séparation en y créant des zones de moindre résistance. Les études faites pour la mise en oeuvre du procédé de EP-A-0294267, ont montré que le dosage desMore specifically, according to EP-A-0294267, and in particular its FIG. 2, separation forces are created created by a tool with a small radius of curvature penetrating into the crack initiator, and compensated using a tool with large radius of curvature acting in opposite direction on the finish line, and to these forces are added compression stresses created by clamping the block, on the piece side, between two tools with large radius of curvature. It is specified that the forces creating these compressive stresses must be properly measured, and that in addition, it is frequently necessary to prepare the separation surface by creating zones of least resistance therein. The studies carried out for the implementation of the process of EP-A-0294267, have shown that the dosage of
_ forces appliquées sur le côté morceau devrait être très précis, et que, à défaut de préparation de la surface de séparation, la fissure tend à se courber en direction du morceau si la compression est trop faible, et en direction opposée si la compression est très forte._ forces applied on the piece side should be very precise, and that, in the absence of preparation of the separation surface, the crack tends to bend towards the piece if the compression is too weak, and in the opposite direction if the compression is very strong.
On sait que la direction prise par une fissure se propageant dans un bloc est directement liée au régime de contrainte induit dans ce bloc au voisinage immédiat du front de fissure. Toute la difficulté réside dans le fait que les fissures se propagent le plus souvent très rapidement; il convient donc de créer dans la matière, dès le début de la propagation de la fissure, les conditions qui feront que la fissure sera correctement guidée tout au long de son trajet. Cela est d'autant plus difficile que les forces mises en jeu sont très importantes. A titre indicatif, les premières expériences dont est issu le brevet EP-A-0294267 ont montré que la force de compression côté morceau atteignait, dans un granit moyen, une intensité de 4000 Newton par centimètre de largeur pour séparer un morceau de 3 centimètres d'épaisseur. La présente invention fait suite à de longues études et expérimentations qui ont permis de découvrir les propriétés très particulières du régime de contrainte induit dans un bloc par au moins trois systèmes de forces agissant sur deux faces opposées d'un bloc de matière en forme de prisme à section en forme de quadrilatère. Le but de la présente invention est de fournir un procédé permettant d'obtenir une surface de séparation de la forme désirée, sans contrôle très précis des forces appliquées au morceau, et avec une préparation de la surface de séparation qui soit plus réduite que dans l'art antérieur.We know that the direction taken by a crack propagating in a block is directly related to the stress regime induced in this block in the immediate vicinity of the crack front. The difficulty lies in the fact that cracks most often spread very quickly; it is thus advisable to create in the matter, from the beginning of the propagation of the crack, the conditions which will make that the crack will be correctly guided throughout its path. This is all the more difficult as the forces involved are very large. As an indication, the first experiments from which the patent EP-A-0294267 came out showed that the compression force on the piece side reached, in an average granite, an intensity of 4000 Newton per centimeter of width to separate a piece of 3 centimeters d 'thickness. The present invention follows long studies and experiments which have made it possible to discover the very specific properties of the stress regime induced in a block by at least three force systems acting on two opposite faces of a block of prism-shaped material. with quadrilateral section. The aim of the present invention is to provide a method making it possible to obtain a separation surface of the desired shape, without very precise control of the forces applied to the piece, and with a preparation of the separation surface which is more reduced than in prior art.
Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un procédé pour séparer un morceau d'un bloc de matière suivant une surface prédéterminée recoupant l'une des faces du bloc appelée face de départ de fissure suivant une ligne appelée ligne de départ de fissure et recoupant la face opposée dite face d'arrivée de fissure suivant la ligne d'arrivée de fissure, la séparation étant effectuée par une fissure unique se propageant depuis la ligne de départ jusqu'à la ligne d'arrivée de fissure, le procédé comportant les opérations suivantes:To obtain this result, the invention provides a method for separating a piece of a block of material along a predetermined surface intersecting one of the faces of the block called the crack start face along a line called the crack start line. and intersecting the opposite face, called the crack arrival face, along the crack finish line, the separation being effected by a single crack propagating from the starting line to the crack finish line, the method comprising the following operations:
- création d'au moins une amorce de fissure sur la ligne de départ de fissure;- creation of at least one crack initiation on the crack starting line;
- mise en action sur les faces du bloc autres que ses deux extrémités d'un ensemble de forces, agissant simultanément, symétriquement par rapport au plan médian du bloc et comprenant au moins:- actuation on the faces of the block other than its two ends of a set of forces, acting simultaneously, symmetrically with respect to the median plane of the block and comprising at least:
- un système de forces de séparation agissant de chaque côté de cette ou ces amorces de fissure d'une intensité suffisante pour propager la fissure, intensité dont le minimum est lié aux caractéristiques géométriques du morceau et du bloc ainsi qu'à la matière 'constitutive du bloc;- a system of separation forces acting on each side of this crack initiator (s) of sufficient intensity to propagate the crack, intensity the minimum of which is linked to the geometric characteristics of the piece and the block as well as to the constituent material of the block;
- deux systèmes de forces dont les zones d'application ont une surface suffisante pour ne pas propager une fissure sous leur propre zone d'action, comprenant: .- two force systems whose areas of application have a sufficient surface not to propagate a crack under their own area of action, comprising:.
- un premier système de forces dont les éléments d'appui ont leur zone d'application sur la face d'arrivée de fissure, à une distance de la ligne d'arrivée de la fissure inférieure au 1/5 de la longueur de la fissure et de préférence sur la ligne d'arrivée de la fissure; un deuxième système de forces dont les éléments d ' appui ont leur zone d ' application sur la face de départ de fissure, côté morceau, écartée en majeure partie de la ligne de départ de fissure mais à une distance de celle-ci inférieure à la longueur de la fissure, forces dont les composantes de compression ont une intensité supérieure à une valeur minimale au-dessous de laquelle la fissure se propage en s'incurvant sans atteindre la ligne d'arrivée de fissure, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on met en action un troisième système de forces dont les éléments d'appui ont leur zone d'application sur la face de départ de fissure, côté bloc, écartée en majeure partie de la ligne de départ de fissure mais à une distance de celle-ci inférieure à la longueur de la fissure, ces zones d'application ayant une surface suffisante pour ne pas provoquer une fissure sous leur propre zone d'action. L'ensemble des forces auxquelles est soumis le bloc étant en équilibre.- a first system of forces whose support elements have their area of application on the crack arrival face, at a distance from the finish line of the crack less than 1/5 of the length of the crack and preferably on the finish line of the crack; a second system of forces, the support elements of which have their area of application on the crack starting face, piece side, separated for the most part from the crack starting line but at a distance therefrom less than the crack length, forces whose compression components have an intensity greater than a minimum value below which the crack propagates by bending without reaching the crack finish line, this process being characterized in that a third system of forces is put into action, the support elements of which have their area of application on the starting face of crack, block side, largely separated from the starting line of crack but at a distance from the latter less than the length of the crack, these application areas having a sufficient surface not to cause a crack under their own area of action. The set of forces to which the block is subjected being in equilibrium.
Remarquons tout d'abord que la résultante de chacun des systèmes de forces auxquelles est soumis le bloc est située dans le plan médian et les conditions d'équilibre du bloc sont donc celles d'une plaque, dont l'un des côtés est soumis à deux forces et' le côté opposé à au moins une force. Si, malgré tout, il existe une légère composante perpendiculaire à ce plan du fait d'une symétrie non parfaite des forces exercées sur le bloc dont les formes sont irrégulières, cette composante, parallèle à la ligne de front de la fissure, sera sans influence sur la forme prise par la fissure et elle sera donc négligée dans ce qui suit. L'équilibre de l'ensemble des forces auxquelles le bloc est soumis, nécessite qu'on annule non seulement la somme des forces, mais aussi le moment d'un couple contenu dans le plan médian, et donc perpendiculaire au plan moyen de séparation. L'annulation de ce couple oblige à induire, dans la matière du bloc, un couple dont, nous le verrons plus loin, la valeur du moment conditionne la forme prise par la surface de séparation.Note first of all that the result of each of the force systems to which the block is subjected is located in the median plane and the conditions of equilibrium of the block are therefore those of a plate, one of whose sides is subjected to two forces and ' the side opposite to at least one force. If, despite everything, there is a slight component perpendicular to this plane due to an imperfect symmetry of the forces exerted on the block whose shapes are irregular, this component, parallel to the front line of the crack, will have no influence on the form taken by the crack and it will therefore be neglected in what follows. The equilibrium of all the forces to which the block is subjected requires that we cancel not only the sum of the forces, but also the moment of a couple contained in the median plane, and therefore perpendicular to the mean plane of separation. The cancellation of this couple obliges to induce, in the matter of the block, a couple of which, as we will see later, the value of the moment conditions the shape taken by the separation surface.
Par ailleurs, on sait que la durée de la propagation de la fissure peut être très faible, par exemple moins de 1/100 de seconde. Il n'est donc pas absolument nécessaire que le bloc soit en équilibre stable pendant la séparation elle-même, car le mouvement produit pourra n'être que de très faible ampleur, et ne pas modifier les contraintes induites dans le bloc.Furthermore, it is known that the duration of the propagation of the crack can be very short, for example less than 1/100 of a second. It is therefore not absolutely necessary for the block to be in stable equilibrium during the separation itself, since the movement produced may be only of very small magnitude, and not modify the stresses induced in the block.
On peut donc imaginer des dispositifs mettant en oeuvre brutalement et d'une façon parfaitement reproductible les systèmes de forces décrits ci-dessus et induisant dans la matière un régime de contrainte parfaitement semblable à celui expliqué plus loin même si le bloc n'est pas stabilisé juste avant l'opération de séparation. Dans ce cas une partie des forces est utilisée à donner un mouvement au bloc et à vaincre son inertie. L'existence de ce mouvement ne modifiera pas en lui-même les contraintes exercées dans la matière.We can therefore imagine devices suddenly and perfectly reproducing the force systems described above and inducing in the material a stress regime perfectly similar to that explained below even if the block is not stabilized just before the separation operation. In this case a part of the forces is used to give a movement to the block and to overcome its inertia. The existence of this movement will not in itself modify the constraints exerted in matter.
On supposera dans tout ce qui suit que le bloc est en équilibre juste avant l'opération de séparation mais on- n'exclut pas du procédé le cas où on met en oeuvre brutalement les forces décrites permettant ainsi d'effectuer des opérations de séparation de forme contrôlée même sur un bloc en mouvement.We will assume in all that follows that the block is in equilibrium just before the separation operation, but we do not exclude from the process the case where the forces described are brutally used, thus enabling separation operations to be carried out. controlled shape even on a moving block.
Comme on l'a dit plus haut, les expériences menées précédemment sur la base du procédé de EP-A-0294267 ont montré que dans les opérations de séparation de morceaux minces d'un morceau épais, la deuxième force de compression exercée côté morceau devait être dosée avec une grande précision, surtout dans les matières homogènes. L'intensité de cette force, très importante comme indiqué plus haut, dépend de la matière, des caractéristiques géométriques du morceau et, à un moindre degré, du bloc. Si la valeur de l'effort de compression est trop élevée, la fissure, a tendance à diminuer l'épaisseur du bloc, si elle est trop faible, elle a tendance à diminuer l'épaisseur du morceau; malheureusement, cette tendance est liée aux caractéristiques de la matière, lesquelles sont susceptibles de varier à l'intérieur d'un même bloc, elle dépend de plus de la forme de l'extrémité du bloc. II faut souligner que les forces mises en oeuvre agissent par les contraintes qu'elles induisent dans la matière. L'analyse précise des forces et des contraintes qu'elles induisent ne peut se faire que si on suppose le bloc en équilibre stable juste avant la séparation, même si, pendant l'opération de séparation, elle-même il y a un léger mouvement relatif du bloc et du morceau, mouvement qui n'affecte pratiquement pas les contraintes exercées dans le bloc.As said above, the experiments carried out previously on the basis of the method of EP-A-0294267 have shown that in the operations of separation of thin pieces from a thick piece, the second compressive force exerted on the piece side must be dosed with great precision, especially in homogeneous materials. The intensity of this force, very important as indicated above, depends on the material, the geometric characteristics of the piece and, to a lesser degree, the block. If the value of the compressive force is too high, the crack tends to decrease the thickness of the block, if it is too low, it tends to decrease the thickness of the piece; unfortunately, this tendency is linked to the characteristics of the material, which are likely to vary within the same block, it depends more on the shape of the end of the block. It should be emphasized that the forces used act through the constraints they induce in matter. The precise analysis of the forces and the stresses which they induce can be done only if one supposes the block in stable equilibrium just before the separation, even if, during the separation operation, itself there is a slight movement relative of the block and the piece, movement which practically does not affect the stresses exerted in the block.
Le progrès considérable apporté par l'introduction d'un troisième système de forces, côté morceau, tient d'une part au fait qu'il permet d'induire dans la matière, dans la zone où progresse la fissure, un degré de compression élevé, gage d'une surface de séparation régulière même dans les matières possédant des défauts d'homogénéité importants, mais il résulte essentiellement de la découverte du double phénomène suivant:The considerable progress brought by the introduction of a third system of forces, on the piece side, is due on the one hand to the fact that it allows to induce in the material, in the zone where the crack progresses, a high degree of compression. , guarantee of a regular separation surface even in materials with significant homogeneity defects, but it essentially results from the discovery of the following double phenomenon:
- l'existence d'un état de compression suffisant de la matière côté bloc agit comme une barrière et empêche la fissure de dévier de la surface prévue dans une large plage d'intensité relative des deuxième et troisième systèmes de forces, l'intensité côté morceau pouvant même dépasser de 30% au moins celle strictement nécessaire, à la seule condition que la "barrière" créée côté bloc ait une intensité suffisante;- the existence of a sufficient state of compression of the material on the block side acts as a barrier and prevents the crack from deviating from the surface provided in a wide range of relative intensity of the second and third force systems, the side intensity piece may even exceed 30% at least that strictly necessary, on the sole condition that the "barrier" created on the block side has sufficient intensity;
- la nécessité de maintenir le bloc en équilibre au moins juste avant l'opération de séparation permet d'introduire dans la matière du bloc un couple dont la valeur peut aisément être contrôlée tout en pouvant choisir librement la valeur la plus adéquate pour le deuxième système de forces. Or, la valeur de ce couple, induisant à l'intérieur du bloc une force variable, perpendiculaire au plan joignant les lignes de départ et d'arrivée de fissure, va permettre, quelle que soit l'épaisseur du morceau à séparer, d'écarter plus ou moins rapidement la fissure du plan contenant les lignes de départ et d'arrivée de fissure puis de ramener la fissure vers la ligne d'arrivée de fissure. Cette double particularité permet donc non seulement de séparer un morceau ou une succession de morceaux minces d'un bloc sans avoir à régler avec précision le deuxième système de forces même si la largeur du bloc varie, mais aussi, quelle que soit l'épaisseur du morceau à séparer, d'obtenir des surfaces à concavité ou convexité parfaitement déterminée, par la mesure du couple introduit dans la matière. Compte tenu du fait qu'il y a toujours intérêt, même dans les séparations de morceaux épais, à ce que les contraintes de compression exercées dans le bloc, dans le voisinage du plan de séparation soient les plus élevées possible, on a fixé un maximum indicatif de distance entre la ligne de départ de fissure et les zones d'application des deuxième et troisième systèmes de forces. La planéité ou la courbure de la surface de séparation sont donc liées à l'intensité du couple introduit dans la matière pour maintenir le bloc en équilibre; les solutions conduisant à cet équilibre, très nombreuses, sont étudiées par la mécanique classique et peuvent toutes être utilisées dans la limite des contraintes exposées plus haut. On en privilégiera cependant un certain nombre.- the need to keep the block in equilibrium at least just before the separation operation makes it possible to introduce into the material of the block a torque whose value can easily be controlled while being able to freely choose the most suitable value for the second force system. However, the value of this couple, inducing inside the block a variable force, perpendicular to the plane joining the lines of departure and arrival of crack, will allow, whatever the thickness of the piece to be separated, remove the crack more or less quickly from the plane containing the crack start and finish lines, then bring the crack back to the crack finish line. This double feature therefore makes it possible not only to separate a piece or a succession of thin pieces from a block without having to precisely adjust the second system of forces even if the width of the block varies, but also, whatever the thickness of the piece to be separated, to obtain surfaces with perfectly determined concavity or convexity, by measuring the torque introduced into the material. Taking into account that it is always advantageous, even in the separation of thick pieces, that the compressive stresses exerted in the block, in the vicinity of the separation plane are as high as possible, a maximum has been fixed indicative of distance between the starting line of crack and the zones of application of the second and third systems of forces. The flatness or the curvature of the separation surface are therefore linked to the intensity of the torque introduced into the material to keep the block in equilibrium; the solutions leading to this balance, very numerous, are studied by classical mechanics and can all be used within the limits of the constraints exposed above. We will however favor a certain number.
Une manière avantageuse de produire des surfaces de séparation très planes sans avoir à régler d'une façon précise les positions relatives des zones 13An advantageous way to produce very flat separation surfaces without having to precisely adjust the relative positions of the zones 13
d'application des premier, deuxième et troisième systèmes de force de compression ainsi que leurs intensités, consiste à n'induire aucun couple dans la matière du bloc, en faisant en sorte que la résultante des forces agissant sur la face de départ ou d'arrivée de fissure passe entre les zones d'appui d'au moins deux forces, agissant sur la face opposée, c'est-à-dire d'arrivée ou de départ de fissure, et en ce que ces zones d'appui sont disposées pour empêcher tout mouvement de rotation du bloc autour de l'une d'elles.application of the first, second and third systems of compressive force and their intensities, consists in inducing no torque in the material of the block, by ensuring that the result of the forces acting on the starting face or arrival of crack passes between the support zones of at least two forces, acting on the opposite face, that is to say arrival or departure of crack, and in that these support zones are arranged to prevent any rotational movement of the block around one of them.
En effet, dans ces conditions, le bloc est en équilibre stable puisqu'il repose sur au moins deux points et l'équilibre des forces auxquelles est soumis le bloc est facilement obtenu sans que la matière du bloc soit soumise à un couple. Il y a évidemment intérêt, chaque fois que cela est possible, et ceci afin de disposer de la plus grande liberté possible pour le réglage des intensités relatives des différentes forces, à ce que la distance séparant les zones d'appui des deux forces ci-dessus soit la plus grande possible.In fact, under these conditions, the block is in stable equilibrium since it rests on at least two points and the balance of forces to which the block is subjected is easily obtained without the material of the block being subjected to a torque. It is obviously advantageous, whenever possible, and this in order to have the greatest possible freedom for the adjustment of the relative intensities of the different forces, so that the distance separating the bearing zones of the two forces here- as large as possible.
Par contre, une manière avantageuse d'induire dans la matière un couple d'intensité mesurable,' consiste en ce que la zone d'appui d'au moins l'une des forces soit du premier système de forces, soit du deuxième ou troisième système de forces, est une ligne fixe allongée parallèlement au plan moyen de séparation désirée et si la mise en oeuvre de l'ensemble des forces appliquées a tendance à faire tourner le bloc autour de cette ligne, on annule cette tendance en exerçant sur au moins l'un des éléments d'appui des autres forces mises en jeu, un effort mesurable, perpendiculaire à ce plan, effort dont le sens et l'intensité déterminent la forme que l'on désire donner à sa surface de séparation. En effet, l'annulation du mouvement de rotation du bloc par une force dont l'intensité est aisément mesurable induit dans la matière de celui-ci, un couple dont nous avons indiqué l'effet plus haut.For against, an advantageous way of inducing in the material a measurable intensity torque, 'is that the bearing zone of at least one of the forces either of the first system of forces, either the second or third force system, is a fixed elongated line parallel to the desired mean plane of separation and if the implementation of all the applied forces tends to rotate the block around this line, this tendency is canceled out by exerting on at least one of the supporting elements of the other forces involved, a measurable effort, perpendicular to this plane, effort whose direction and intensity determine the shape that one wishes to give to its separation surface. Indeed, the cancellation of the rotation movement of the block by a force whose intensity is easily measurable induced in the matter thereof, a couple whose effect we have indicated above.
On a vu plus haut comment on peut agir sur la forme générale de la surface de séparation mais le procédé fournit également un moyen pour que la surface de séparation désirée recoupe les quatre bords du bloc suivant des lignes définies d'avance, légèrement différentes de celles découlant des surfaces planes ou courbes voulues à l'intérieur du bloc. Suivant une manière avantageuse, on obligera, dans une matière homogène, la fissure à suivre, au cours de son développement, les lignes de départ et d'arrivée .de fissure ainsi que les lignes intermédiaires souhaitées, même si chacune de ces lignes ondule autour d'une ligne droite ou courbe en procédant de la façon suivante:We have seen above how one can act on the general shape of the separation surface but the method also provides a means for the desired separation surface to cut across the four edges of the block along lines defined in advance, slightly different from those arising from the desired flat or curved surfaces inside the block. According to an advantageous way, one will oblige, in a homogeneous material, the crack to follow, during its development, the lines of departure and arrival .de crack as well as the desired intermediate lines, even if each of these lines undulates around in a straight or curved line by doing the following:
- des amorces de fissure sont crées sur la majorité de la ligne de départ de fissure désirée;- crack initiators are created on the majority of the desired crack starting line;
- on fait agir les éléments d'appui du premier système de forces le plus régulièrement - possible exactement sur la ligne d'arrivée de fissure désirée; et- the supporting elements of the first force system are made to act as regularly as possible - exactly on the desired crack finish line; and
- on exerce sur chacune des deux lignes intermédiaires, d'une façon symétrique, dans toutes les parties où on désire que la fissure suive exactement ces lignes, des systèmes de forces jouant le rôle d'appel de fissures, mais d'une intensité insuffisante pour propager seuls des fissures.- one exerts on each of the two intermediate lines, in a symmetrical way, in all the parts where one wishes that the crack follows exactly these lines, systems of forces playing the role of call of cracks, but of an insufficient intensity to propagate cracks alone.
Suivant cette dernière particularité du procédé, on utilise des moyens connus pour inciter une fissure à suivre un tracé déterminé à la surface d'un bloc, mais la qualité du guidage de la fissure au cours de sa propagation tant à l'intérieur du bloc que sur son pourtour permettra d'obtenir des surfaces de séparation mieux définies d'avance et beaucoup plus régulières que par tout procédé connu. Rappelons que les moyens jouant le rôle d'appel de fissure sont des systèmes connus tels que: amorce de fissure créée par un choc ou tout autre moyen, force exercée exactement sur la ligne d'appel désirée, forces de séparation exercées de part et d'autre de la ligne d'appel désirée.According to this last feature of the process, known means are used to encourage a crack to follow a determined path on the surface of a block, but the quality of the guidance of the crack during its propagation both inside the block and around its perimeter will make it possible to obtain separation surfaces that are better defined in advance and much more regular than by any known method. Remember that the means playing the crack calling role are known systems such as: crack initiation created by an impact or any other means, force exerted exactly on the desired call line, separation forces exerted on either side of the line desired call.
Suivant une autre modalité intéressante du procédé, on applique en plus des systèmes de forces décrits ci-dessus, un système de forces de compression, agissant exactement sur la ligne de départ de fissure et sur la majorité de sa dimension, par l'intermédiaire d'outils en forme de ciseau, système de forces d'une intensité suffisante pour amorcer une fissure suivant sa ligne d'appui et créer au moins une partie de la force de séparation nécessaire à la propagation de la fissure. Ce dernier procédé a une mise en oeuvre aussi rapide et pratiquement aussi simple que les procédés classiques. Il permet d'introduire dans la matière une compression aussi élevée qu'il apparaît souhaitable pour obtenir une séparation parfaite, même dans des matières dites homogènes mais possédant des hétérogénéités dans leur masse. Il donne une excellente maîtrise du couple introduit dans la matière et donc de la concavité ou convexité de la surface de séparation.According to another interesting modality of the method, in addition to the force systems described above, a system of compression forces is applied, acting exactly on the starting line of the crack and on most of its dimension, by means of d tools in the form of a chisel, a force system of sufficient intensity to initiate a crack along its line of support and create at least part of the force of separation necessary for the propagation of the crack. This latter method has an implementation as rapid and practically as simple as the conventional methods. It makes it possible to introduce into the material a compression as high as it seems desirable to obtain a perfect separation, even in so-called homogeneous materials but having heterogeneities in their mass. It gives excellent control of the torque introduced into the material and therefore of the concavity or convexity of the separation surface.
Pour obtenir une séparation dans le plan de clivage d'une matière fissile ou à clivages naturels, il est préférable de limiter au strict minimum les zones d'appel de fissure sur le pourtour du bloc car ces zones d'appel risqueraient d'être en dehors du plan naturel. En conséquence, une façon avantageuse de procéder à de telles séparations consiste àTo obtain a separation in the plane of cleavage of a fissile material or with natural cleavages, it is preferable to limit to the strict minimum the zones of crack calling around the periphery of the block because these calling zones would risk being in outside the natural plane. Consequently, an advantageous way of carrying out such separations is to
- limiter au strict minimum, une seule le plus souvent, le nombre et la dimension des amorces de fissure créées sur la ligne de départ; et - appliquer le premier système de forces de compression, au voisinage de la ligne d'arrivée de fissure, sur la plus grande surface possible.- limit to the strict minimum, usually only one, the number and size of the crack tips created on the starting line; and - apply the first system of compression forces, in the vicinity of the crack finish line, on the largest possible surface.
La mise en oeuvre du procédé demande que soit appliqué, de part et d'autre de la ligne de départ de fissure, un effort de séparation. De très nombreuses solutions sont possibles dont trois sont à privilégier éventuellement en combinaison les unes avec les autres.The implementation of the process requires that a separation force be applied on both sides of the crack starting line. Many solutions are possible, three of which may be preferred in combination with each other.
Une modalité intéressante du procédé consiste à ce qu'au moins une partie des forces de séparation assurant la propagation de la fissure est générée par une pression de fluide confinée dans tout ou partie de la ou des amorces de fissures créées sur la ligne de départ de fissure. Cette modalité va donner à la surface de séparation un aspect très "doux", s'affranchissant en partie du "grain" de la matière. Cette modalité, où la propagation de la fissure peut se faire sans écartement mesurable des lèvres de la fissure au niveau de la surface de départ, permet d'effectuer la séparation même si tout ou partie des moyens d'appui des deuxièmes systèmes de forces d'une part, des troisièmes systèmes de force d'autre part sont liés entre eux de façon à ne pas pouvoir s'écarter l'un de l'autre, disposition utile pour réaliser certaines dispositions d'équilibre. On peut également prévoir qu'une plaque de matière souple et étanche, s'étendant de part et d'autre de la ligne de départ de la fissure, sert à la fois à confiner le fluide sous pression dans la ou les amorces de fissure, et à transmettre au bloc les forces des deuxième et troisième systèmes de forces.An interesting modality of the method consists in that at least part of the separation forces ensuring the propagation of the crack is generated by a fluid pressure confined in all or part of the crack initiator (s) created on the starting line of rift. This modality will give the separation surface a very "soft" appearance, partly overcoming the "grain" of the material. This mode, where the propagation of the crack can be done without measurable spacing of the lips of the crack at the level of the starting surface, makes it possible to carry out the separation even if all or part of the support means of the second systems of forces d on the one hand, third systems of force on the other hand are linked together so as not to be able to deviate from each other, a useful arrangement for achieving certain arrangements of equilibrium. It is also possible to provide that a plate of flexible and impermeable material, extending on either side of the starting line of the crack, serves both to confine the fluid under pressure in the crack initiator (s), and transmitting the forces of the second and third force systems to the block.
Dans certains cas, au contraire, il sera plus aisé d'assurer la propagation de la fissure en écartant les lèvres de la fissure, au niveau de la surface de départ de fissure, côté morceau d'une part, côté bloc de l'autre. Cette modalité demande que les éléments d'appui des deuxième et troisième systèmes de forces, tout en restant fixes par rapport au bloc et au morceau, puissent s'écarter librement l'un de l'autre d'une distance correspondant à l'élargissement de la fissure pendant sa progression. Cette possibilité d'écartement peut être avantageuse aussi dans le cas d'autres modes de création des forces de séparation.In some cases, on the contrary, it will be easier to ensure the propagation of the crack by spreading the lips of the crack, at the level of the crack starting surface, piece side on the one hand, block side on the other . This modality requires that the support elements of the second and third force systems, while remaining fixed with respect to the block and the piece, be able to move away from each other by a distance corresponding to the enlargement crack during its progression. This possibility of separation can also be advantageous in the case of other modes of creation of the separation forces.
Enfin, dans une autre modalité du procédé, on prévoit qu'au moins l'un des éléments d'appui de chacun des deuxième et troisième systèmes de forces de compression est confondu avec les éléments d'appui d'au moins une partie des forces de séparation. Cette disposition susceptible de simplifier la mise en oeuvre du procédé, peut être utilisée dans de très nombreux cas.Finally, in another method modality, it is provided that at least one of the support elements of each of the second and third compression force systems is merged with the support elements of at least part of the forces. of seperation. This arrangement capable of simplifying the implementation of the method can be used in very many cases.
En effet, dans le cas de séparation de morceaux minces, l'expérience, confirmée par le calcul, montre que, dans la très grande majorité des matières, l'effort de séparation est inférieur à 60% de l'effort de compression minimum nécessaire côté morceau, quelle que soit l'épaisseur du morceau. On peut donc, d'une façon très simple, à l'aide d'un vérin par exemple, sans risque de glissement intempestif, exercer un effort de séparation entre tout ou partie des éléments d'appui des forces de compression côté bloc d'une part, côté morceau de l'autre.Indeed, in the case of separation of thin pieces, experience, confirmed by calculation, shows that, in the vast majority of materials, the separation force is less than 60% of the minimum compression force required piece side, regardless of the piece thickness. We can therefore, in a very simple way, using a jack for example, without risk of inadvertent sliding, exert a separation force between all or part of the support elements of the compression forces on the block side. one hand, piece side of the other.
De toute façon, dans tous les cas de figure, il faut remarquer que les éléments d'appui des deuxième et troisième systèmes de forces, forces dont les lignes d'action sont situées de part et d'autre de la ligne d'action du premier système de forces, induisent automatiquement dans la matière un effort de séparation.In any case, in all cases, it should be noted that the supporting elements of the second and third force systems, forces whose lines of action are located on either side of the line of action of the first system of forces, automatically induce a separation force in the material.
On voit donc toute la souplesse de ce procédé qui permet de choisir, pour chaque matière, pour chaque caractéristique géométrique du morceau à séparer, l'optimum des contraintes de compression tout en fournissant la contrainte de séparation nécessaire. L'invention va maintenant être expliquée de façon plus précise à l'aide d'exemples pratiques illustrés par des dessins parmi lesquels:We thus see all the flexibility of this process which makes it possible to choose, for each material, for each geometric characteristic of the piece to be separated, the optimum of the compression constraints while providing the necessary separation constraint. The invention will now be explained more precisely with the aid of practical examples illustrated by drawings among which:
Figure 1 est une vue schématique, en perspective, d'un bloc de matière avant 'traitement. Cette figure ainsi que les suivantes supposent que la face de départ de fissure se trouve à la partie supérieure du bloc. Dans la réalité, le bloc et sa face de départ de fissure peuvent prendre, dans l'espace, n'importe quelle disposition.Figure 1 is a schematic view in perspective of a block of material before 'treatment. This figure and the following assume that the crack start face is at the top of the block. In reality, the block and its crack starting face can take, in space, any arrangement.
Figure 2 est une vue schématique en perspective d'un bloc et d'un morceau après séparation.Figure 2 is a schematic perspective view of a block and a piece after separation.
Figure 3 est le schéma, suivant une coupe établie dans le plan médian du bloc, plan passant par le milieu des lignes de départ et d'arrivée de fissure et perpendiculaire au plan moyen de séparation désiré, d'un dispositif permettant d'exercer les différents efforts prévus dans le texte ci-dessus et maintenant le bloc en équilibre stable avant le début de la progression de la fissure.Figure 3 is the diagram, along a section established in the median plane of the block, plane passing through the middle of the start and finish lines of the crack and perpendicular to the desired mean plane of separation, of a device making it possible to exercise the different efforts provided for in the above text and keeping the block in stable equilibrium before the crack progresses.
Figures 4 et 5 sont deux schémas explicitant les contraintes auxquelles va être soumise la matière du bloc de la figure 3, suivant l'intensité relative des différentes forces de mise en jeu. Figures 6, 7, 8 et 9 sont des schémas, établis comme celui de la figure 3, de différents dispositifs permettant de mettre en oeuvre les systèmes d'effort prévus tout en maintenant le bloc en équilibre.Figures 4 and 5 are two diagrams explaining the constraints to which the material of the block of Figure 3 will be subjected, according to the relative intensity of the different forces involved. Figures 6, 7, 8 and 9 are diagrams, established as that of FIG. 3, of various devices making it possible to implement the planned effort systems while keeping the block in equilibrium.
La figure 1 montre un bloc 1 dont on veut séparer un morceau 2, qui représente le côté morceau du bloc avant séparation alors que 3 désigne l'élément qui restera après séparation et constituant le côté bloc du bloc initial. La face de départ de fissure 4 porte la ligne de départ de fissure 11 ondulant autour de la droite moyenne 11A. La face d'arrivée de fissure est désignée par 5. Les deux autres côtés, désignés par 6B ainsi que 6A sont recoupés par le plan de séparation courbe suivant la ligne intermédiaire 13A. L'extrémité du morceau est désignée par 7A, et celle du bloc restant après séparation par 7B.Figure 1 shows a block 1 which we want to separate a piece 2, which represents the piece side of the block before separation while 3 designates the element that will remain after separation and constituting the block side of the initial block. The crack starting face 4 carries the crack starting line 11 undulating around the mean line 11A. The crack arrival face is designated by 5. The other two sides, designated by 6B as well as 6A are intersected by the curved plane of separation along the intermediate line 13A. The end of the piece is designated by 7A, and that of the block remaining after separation by 7B.
La figure 2 montre le morceau 2 séparé du bloc restant 3 suivant la surface de séparation courbe 8 recoupant le bloc suivant la ligne de départ 11 sur la face de départ de fissure 4, la ligne d'arrivée 12 sur la face d'arrivée de fissure 5, les lignes intermédiaires 13A et 13B sur les côtés 6A et 6B (non représenté) . Les références 14 et 15 désignent respectivement la longueur de séparation et la largeur de séparation; alors que 16 et 17 représentent respectivement les épaisseurs du morceau d'une part, du bloc restant de l'autre.Figure 2 shows the piece 2 separated from the remaining block 3 along the curved separation surface 8 intersecting the block along the starting line 11 on the crack start face 4, the finish line 12 on the finish face of crack 5, the intermediate lines 13A and 13B on the sides 6A and 6B (not shown). The references 14 and 15 respectively designate the separation length and the separation width; while 16 and 17 respectively represent the thicknesses of the piece on the one hand, of the remaining block on the other.
La figure 3 est une vue en coupe d'un bloc en équilibre et soumis à plusieurs systèmes de forces. Sa face d'arrivée de fissure 5 repose suivant la ligne d'arrivée de fissure 12 sur un appui 20 lié rigidement à un ensemble indéformable fixe 25 et sur un autre appui 21 également lié rigidement à l'ensemble 25. L'appui 20 va générer le premier système de forces. Sur la face de départ de fissure 4, deux éléments d'appui 22 et 23 transmettent au bloc les efforts produits par deux ensembles tige-vérins 26 et 27 reliés par des axes 28 et 29 au même ensemble 25. Ces éléments d'appui agissent de part et d'autre de la ligne de départ de fissure dont la trace est en 11. Ils transmettent respectivement les deuxième et troisième systèmes de forces. Le morceau à détacher est repéré 2, le bloc restant 3. Enfin, l'élément d'appui 23 empêche par un appui 30, toujours relié à l'ensemble indéformable 25, tout soulèvement du bloc de l'appui 21. Les zones d'appui des moyens d'appui 20, 21, 22 et 23 couvrent tout ou partie de la largeur du bloc ou du morceau même si la surface en est irrégulière en utilisant les moyens habituels à la solution de ce type de problème.Figure 3 is a sectional view of a block in equilibrium and subjected to several force systems. Its crack arrival face 5 rests along the crack arrival line 12 on a support 20 rigidly linked to a fixed non-deformable assembly 25 and on another support 21 also rigidly linked to the assembly 25. The support 20 goes generate the first force system. On the crack starting face 4, two support elements 22 and 23 transmit to the block the forces produced by two sets of rod-jacks 26 and 27 connected by pins 28 and 29 to the same set 25. These support elements act on both sides of the starting line of crack whose trace is in 11. They transmit respectively the second and third systems of forces. The piece to be detached is marked 2, the remaining block 3. Finally, the support element 23 prevents by a support 30, always connected to the non-deformable assembly 25, any lifting of the support block 21. The zones d 'support support means 20, 21, 22 and 23 cover all or part of the width of the block or piece even if the surface is irregular using the usual means to solve this type of problem.
La figure 4 est tracée dans le plan médian du même bloc et analyse les efforts transmis dans la matière par les moyens d'appui 20, 21, 22 et 23 de la figure 3. On retrouve en 11 et 12, les traces des lignes de départ et d'arrivée de fissure. En 2 et 3, le morceau et le bloc qui restera après séparation. On a schématisé en 32 et 33 la résultante respective des deuxième et troisième systèmes de forces agissant sur la face de départ de fissure avec leur intensité. Sous l'action de ces forces, les appuis 20 et 21 de la figure 3 vont générer des forces schématisées en 31 et 34 dont l'intensité totale sera égale à la résultante 35, des forces 32 et 33. On voit que 31 est la résultante de ce que nous avons appelé le premier système de forces. Dans le cas de figure, la ligne d'action de la résultante 35 des forces 32 et 33 auxquelles on ajoutera, dans le cas de figure représenté, pour être parfaitement rigoureux, le poids propre du bloc non représenté par souci de simplification, se trouve comprise entre les lignes d'action des forces 31 et 34 générées par les appuis 20 et 21 de la figure 3. Le bloc va se trouver en équilibre stable sans être soumis à aucun couple. On pourra obtenir une séparation suivant un plan joignant 11 à 12. Etudions plus en détail les contraintes induites dans la matière par ces quatre systèmes de forces. On a schématisé en 40 la trace du front de fissure en cours de développement. La force 32 génère un effort de compression 36 à la surface du bloc et induira, dans la matière, côté morceau, au voisinage de la ligne 40 une contrainte de compression, de même la force 33 induira une contrainte de compression par l'intermédiaire de sa composante 38. On voit que, pour une configuration donnée des intensités des forces et de leurs zones d'action respectives, on pourra toujours obtenir l'équilibre du bloc et régler les contraintes induites dans le bloc au-dessus d'un minimum donné. Des calculs théoriques très complexes permettent de calculer ces minimum mais, dans la pratique, quelques expériences permettent de déterminer rapidement ces minima, qui, nous l'avons vu, pourront ensuite être dépassés sans aucun inconvénient. On pourra également jouer sur les directions des résultantes des deuxième et troisième systèmes de forces et sur l'emplacement de leur zone d'application.Figure 4 is drawn in the median plane of the same block and analyzes the forces transmitted in the material by the support means 20, 21, 22 and 23 of Figure 3. We find in 11 and 12, the traces of the lines of departure and arrival of crack. In 2 and 3, the piece and the block which will remain after separation. We have schematized in 32 and 33 the respective result of the second and third systems of forces acting on the starting face of crack with their intensity. Under the action of these forces, the supports 20 and 21 of FIG. 3 will generate forces shown diagrammatically at 31 and 34 whose total intensity will be equal to the resultant 35, forces 32 and 33. We see that 31 is the resulting from what we have called the first system of forces. In the case of figure, the line of action of the resultant 35 of the forces 32 and 33 to which one will add, in the case of figure represented, to be perfectly rigorous, the self-weight of the block not represented for sake of simplification, is found between the lines of action of the forces 31 and 34 generated by the supports 20 and 21 of Figure 3. The block will be in stable equilibrium without being subjected to any torque. We can obtain a separation along a plane joining 11 to 12. Let us study in more detail the stresses induced in matter by these four force systems. The trace of the crack front during development is shown schematically at 40. Force 32 generates a compressive force 36 on the surface of the block and will induce, in the material, piece side, in the vicinity of line 40, a compressive stress, likewise force 33 will induce a compressive stress by means of its component 38. We see that, for a configuration given the intensities of the forces and their respective zones of action, one can always obtain the balance of the block and adjust the stresses induced in the block above a given minimum. Very complex theoretical calculations make it possible to calculate these minima but, in practice, some experiments make it possible to quickly determine these minima, which, as we have seen, can then be exceeded without any inconvenience. We can also play on the directions of the resultants of the second and third force systems and on the location of their area of application.
Toujours sur cette figure 4, on a désigné par 14 la longueur de la fissure, par 41 la distance entre la ligne d'appui 12, ligne d'arrivée de fissure, et la ligne d'action de la force 32. L'élément d'appui de la force 32 va donc induire une contrainte, parallèle à la force de séparation, d'intensité égale à 32 x 41:14. L'élément d'appui de la force 33 va induire une force de même nature et de sens opposé. On comprend ainsi comment les éléments d'appui des deuxième et troisième systèmes de forces induisent de part et d'autre de la ligne de départ de fissure, une force de séparation. Cette force est directement liée aux positions, directions et intensités des deuxième et troisième systèmes de forces que l'on pourra toujours fixer de façon à ce qu'elles induisent à l'intérieur du bloc les contraintes de compression souhaitées et précisées plus haut avant qu'elles ne génèrent une force de séparation d'intensité suffisante pour propager la fissure.Still in this FIG. 4, the length of the crack is designated by 14, by 41 the distance between the support line 12, the crack arrival line, and the line of action of the force 32. The element support of force 32 will therefore induce a constraint, parallel to the separation force, of intensity equal to 32 x 41:14. The support element of the force 33 will induce a force of the same nature and of opposite direction. It is thus understood how the support elements of the second and third force systems induce on either side of the crack starting line, a separation force. This force is directly linked to the positions, directions and intensities of the second and third force systems which can always be fixed so that they induce inside the block the desired compression stresses and specified above before 'they do not generate a force of separation of sufficient intensity to propagate the crack.
Supposons maintenant que, avec le dispositif schématisé sur la figure 3, agissant sur le même bloc, on veuille créer une surface de séparation courbe avec une concavité côté morceau. Sur la figure 5, reprenant le même bloc que celui de la figure 4, avec les mêmes notations, on a simplement fait varier les intensités relatives des forces 32 et 33. La ligne d'action de la résultante 35 passe maintenant à gauche de la ligne d'appui 12. Cet ensemble de forces ne peut à lui seul maintenir le bloc en équilibre. C'est pourquoi, comme représenté sur la figure 3, on empêche le mouvement de soulèvement du bloc par la réaction de l'appui 30 sur le moyen d'appui 23. Cette réaction de l'appui 30 induire dans la matière, au voisinage des appuis de 23 et 20 un couple d'intensité 43 (figure 5) qui va se répercuter dans la zone où se propage la fissure par une force qui va avoir tendance à écarter la fissure, dans la première moitié de son trajet, du plan joignant les lignes de départ et d'arrivée de fissure 11 et 12, puis dans la deuxième moitié à l'en rapprocher.Suppose now that, with the device shown schematically in Figure 3, acting on the same block, we want to create a curved separation surface with a concavity on the piece side. In FIG. 5, showing the same block as that in FIG. 4, with the same notations, we simply varied the relative intensities of the forces 32 and 33. The line of action of the resultant 35 now passes to the left of the line of support 12. This set of forces cannot in itself maintain the block in balanced. This is why, as shown in FIG. 3, the lifting movement of the block is prevented by the reaction of the support 30 on the support means 23. This reaction of the support 30 induces in the material, in the vicinity supports 23 and 20 a couple of intensity 43 (Figure 5) which will be reflected in the area where the crack is propagated by a force which will tend to spread the crack, in the first half of its path, from the plane joining the start and end lines of crack 11 and 12, then in the second half to bring it closer.
Dans la figure 6, on a repris un dispositif identique à celui de la figure 3 mais où le moyen d'appui 23 coulisse entre deux appuis 30 et 30A, tous deux liés à l'ensemble rigide 25. Par contre, on a supprimé l'appui 21. L'analyse des figures 4 et 5 permet immédiatement de comprendre comment un tel dispositif va permettre en jouant simplement sur les intensités relatives des forces 32 et 33 de produire des surfaces convexes, planes ou concaves. La mesure, très facile à réaliser, des réactions d'appui de 30 et 30A permettra de contrôler la valeur du couple et donc 1 ' intensité de la courbure de la surface de séparation. Le poids du bloc a une influence sur la valeur du couple. On pourra toujours corriger cette influence en jouant sur les intensités relatives des forces 32 et 33 exercées par les moyens d'appui 22 et 23.In FIG. 6, we have used a device identical to that of FIG. 3 but where the support means 23 slides between two supports 30 and 30A, both linked to the rigid assembly 25. On the other hand, the 'support 21. The analysis of Figures 4 and 5 immediately makes it possible to understand how such a device will allow, by simply playing on the relative intensities of the forces 32 and 33, to produce convex, flat or concave surfaces. The very easy measurement of support reactions of 30 and 30A will make it possible to control the value of the torque and therefore the intensity of the curvature of the separation surface. The weight of the block influences the value of the torque. This influence can always be corrected by playing on the relative intensities of the forces 32 and 33 exerted by the support means 22 and 23.
Sur la figure 7, on a représenté un dispositif différent dans lequel un vérin 50, relié par un axe 51 à l'ensemble indéformable fixe 25 transmet le premier système de forces par l'intermédiaire de son moyen d'appui 51 agissant sur la ligne d'arrivée de fissure 12, et pousse le bloc sur deux lames ou ensembles de lames 22 et 23 constituant les moyens d'appui des deuxième et troisième systèmes de forces. Ces lames sont liées rigidement à l'ensemble fixe 25. On voit immédiatement qu'un tel dispositif n'introduit pas de couple dans la matière et permettra donc d'assurer des séparations planes en ne mettant en jeu qu'un seul vérin ou un seul ensemble de vérins. La figure 8 représente un bloc 1 de matière clivable possédant des plans de clivages séparés, grossièrement parallèles. On retrouve un appui 20, fixe, agissant de part et d'autre de la ligne d'arrivée de fissure 12 et les moyens d'appui 22 et 23 transmettant les deuxième et troisième systèmes de forces. Un vérin 55, par l'intermédiaire de son moyen d'appui 50 constitué par un couteau à angle relativement aigu, vient fortement appuyer sur la ligne de départ de fissure 11 et y créer une amorce de fissure qui se propagera en restant dans le plan de clivage choisi sous l'action des forces de séparation induites par 56 mais aussi, comme nous l'avons vu plus haut par les organes 22 et 23.In FIG. 7, a different device has been shown in which a jack 50, connected by an axis 51 to the fixed non-deformable assembly 25 transmits the first system of forces by means of its means support 51 acting on the crack arrival line 12, and pushes the block on two blades or sets of blades 22 and 23 constituting the support means of the second and third force systems. These blades are rigidly linked to the fixed assembly 25. It can immediately be seen that such a device does not introduce any torque into the material and will therefore make it possible to ensure plane separations by bringing into play only one jack or one single set of cylinders. FIG. 8 represents a block 1 of cleavable material having separate, roughly parallel cleavage planes. There is a support 20, fixed, acting on either side of the crack finish line 12 and the support means 22 and 23 transmitting the second and third force systems. A jack 55, by means of its support means 50 constituted by a knife with a relatively acute angle, strongly presses on the starting line of crack 11 and creates there a crack initiation which will propagate while remaining in the plane of cleavage chosen under the action of the separation forces induced by 56 but also, as we saw above by the bodies 22 and 23.
La figure 9 diffère de la figure 7 par la présence d'un élément 60 de matière souple. Le bloc est pressé sur une face 61 de cet élément, qui s'appuie par sa face opposée 62 sur une pièce rigide 63 liée à l'ensemble fixe 25. L'appui de la face 61 induit dans la matière du bloc des contraintes équivalentes à celles des forces 32 et 33 de la figure 4; la direction de ces forces est conditionnée par la forme de l'élément de matière souple et/ou de la pièce 63. Si l'élément 60 est imperméable, on pourra utiliser la pression qu'il exerce sur le bloc pour confiner un fluide sous pression, introduit par une tubulure 64 dans tout ou partie des amorces de fissure créées sur la ligne de départ de fissure, générant tout ou partie de la force de séparation nécessaire.Figure 9 differs from Figure 7 by the presence of an element 60 of flexible material. The block is pressed on one face 61 of this element, which is supported by its opposite face 62 on a rigid part 63 linked to the fixed assembly 25. The support of the face 61 induces in the material of the block equivalent stresses to those of forces 32 and 33 of FIG. 4; the direction of these forces is conditioned by the shape of the element of flexible material and / or of the part 63. If the element 60 is impermeable, it will be possible to use the pressure which it exerts on the block to confine a fluid under pressure, introduced by tubing 64 into all or part of the crack initiators created on the starting line of crack, generating all or part of the necessary separation force.
La mise en oeuvre des forces de séparation nécessaires pour propager la fissure peut être analysée sur les figures 3, 6, 7 et 8. Par exemple sur les figures 3 et 6, on voit que l'organe d'appui 22 du deuxième système de forces peut s'écarter librement de l'organe d'appui 23 du troisième système de forces laissant donc toute liberté à la fissure de s'ouvrir au fur et à mesure qu'elle progresse. On a vu que l'intensité, la situation de la zone d'application, 1 ' inclinaison relative des deuxième et troisième systèmes de forces permettent de créer une force de séparation d'intensité voulue. Il peut parfois y avoir inconvénient à ce que la séparation intervienne dans avoir contrôlé au préalable avec précision 1 ' intensité du deuxième et/ou du troisième système de forces. Dans ce cas, on complétera l'effort de séparation en disposant un ou plusieurs ensembles de tiges vérins hydrauliques reliant les moyens d'appui 22 et 23 qu'on ne fera agir qu'après avoir donné aux autres forces la valeur désirée. Cette disposition est particulièrement intéressante dans le cas de séparation de morceaux minces où 1 'intensité du deuxième système de forces doit être bien contrôlée.The implementation of the separation forces necessary to propagate the crack can be analyzed in FIGS. 3, 6, 7 and 8. For example in FIGS. 3 and 6, it can be seen that the support member 22 of the second system of forces can deviate freely from the support member 23 of the third system of forces, thus leaving the crack free to open as it progresses. We have seen that the intensity, the location of the application area, the relative inclination of the second and third force systems make it possible to create a separation force of desired intensity. It can sometimes be inconvenient for the separation to take place after having controlled the intensity of the second and / or third force system with precision beforehand. In this case, the separation effort will be completed by placing one or more sets of hydraulic cylinder rods connecting the support means 22 and 23 which will only be acted upon after having given the other forces the desired value. This arrangement is particularly advantageous in the case of separation of thin pieces where the intensity of the second force system must be well controlled.
Sur la figure 7, les lames 22 et 23 peuvent être très rigides et empêcher tout écartement significatif entre elles. On pourra alors privilégier une séparation par pression de fluide confiné dans une ou plusieurs amorces de fissure de la ligne de départ 11. On peut aussi donner une légère flexibilité aux lames 22 et 23 et on se trouve ramené au cas de figure précédent.In FIG. 7, the blades 22 and 23 can be very rigid and prevent any significant separation between them. We can then favor a separation by fluid pressure confined in one or more crack initiators of the starting line 11. We can also give a slight flexibility to the blades 22 and 23 and we are brought back to the previous case.
Il convient de remarquer que la force de séparation, dans le cas de séparation de morceaux minces, ne dépassera jamais, d'après toutes les expériences réalisées, confirmées par le calcul, 60% de l'effort de compression minimum nécessaire côté morceau et on pourra donc toujours appliquer un effort de séparation suffisant sans risque de faire glisser les appuis 22 et 23. Pour les morceaux épais, la mise en oeuvre de l'effort de séparation ne posera aucun problème.It should be noted that the separation force, in the case of separation of thin pieces, will never exceed, according to all the experiments carried out, confirmed by calculation, 60% of the minimum compression force required on the piece side and we can therefore always apply a sufficient separation force without the risk of sliding the supports 22 and 23. For thick pieces, the implementation of the separation force will not pose any problem .
Aucun schéma n'illustre la façon de contrôler la forme des quatre bords des morceaux. Le respect d'une forme et d'une épaisseur parfaitement régulière est cependant très importante chaque fois qu'on réalise une succession de morceaux destinés à être assemblés côte à côte. Ce contrôle met en effet en oeuvre des moyens parfaitement connus mais dont l'efficacité sera augmentée du fait du très bon contrôle de la forme moyenne de la surface de séparation. La création d'amorces de fissure sur la ligne de départ auxquelles on donne la forme désirée ne pose aucun problème. La forme des ,éléments d'appui agissant exactement suivant la ligne d'arrivée de fissure non plus, mais les irrégularités autour d'une droite ne pourront pas atteindre une grande ampleur. Sur les deux côtés, on peut faire agir des outils à extrémité droite ou courbe ou ondulant légèrement autour de ces lignes, pressés fortement suivant la ligne désirée, l'intensité de l'effort ne devant cependant jamais amorcer une fissure à l'extrémité de l'outil. Le guidage vers les lignes intermédiaires désirées sera encore plus fort si on crée, suivant les lignes désirées, des amorces de fissure sur les lèvres desquelles on exercera un léger effort de séparation. D'une façon générale, toutes ces irrégularités ne pourront jamais être très importantes et ne modifieront que légèrement la forme générale de la surface de séparation quelle que soit la matière. Elles permettront cependant de donner éventuellement un aspect original aux morceaux obtenus. No diagram illustrates how to control the shape of the four edges of the pieces. Respecting a perfectly regular shape and thickness is however very important each time a succession of pieces intended to be assembled side by side is produced. This control in fact implements means which are perfectly known but whose efficiency will be increased due to the very good control of the average shape of the separation surface. The creation of crack initiators on the starting line to which one gives the desired shape poses no problem. The shape of the supporting elements acting exactly along the crack finish line either, but the irregularities around a straight line cannot reach a large magnitude. On both sides, tools can be operated with a straight or curved end or waving slightly around these lines, pressed strongly along the desired line, the intensity of the effort, however, never having to initiate a crack at the end of the tool. The guidance to the desired intermediate lines will be even stronger if we create, along the desired lines, crack initiators on the lips of which we will exert a slight force of separation. In general, all these irregularities can never be very significant and will only slightly modify the general shape of the separation surface whatever the material. However, they will eventually give an original appearance to the pieces obtained.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour séparer un morceau d'un bloc de matière suivant une surface prédéterminée recoupant l'une des faces du bloc appelée face de départ de fissure suivant une ligne appelée ligne de départ de fissure et recoupant la face opposée dite face d'arrivée de fissure suivant la ligne d'arrivée de fissure, la séparation étant effectuée par une fissure unique se propageant depuis la ligne de départ jusqu'à la ligne d'arrivée de fissure, le procédé comportant les opérations suivantes:1. Method for separating a piece of a block of material along a predetermined surface intersecting one of the faces of the block called the crack start face along a line called the crack start line and cutting the opposite face called the finish face of crack along the crack finish line, the separation being effected by a single crack propagating from the start line to the crack finish line, the process comprising the following operations:
- création d'au moins une amorce de fissure sur la ligne de départ de fissure;- creation of at least one crack initiation on the crack starting line;
- mise en action sur les faces du bloc autres que ses deux extrémités d'un ensemble de forces, agissant simultanément, symétriquement par rapport au plan médian du bloc et comprenant au moins:- actuation on the faces of the block other than its two ends of a set of forces, acting simultaneously, symmetrically with respect to the median plane of the block and comprising at least:
- un système de forcés de séparation agissant de chaque côté de cette ou ces amorces de fissure d'une intensité suffisante pour propager la fissure, intensité dont le minimum est lié aux caractéristiques géométriques du morceau et du bloc ainsi qu'à la matière constitutive du bloc;- a system of separation forces acting on each side of this or these crack initiators of an intensity sufficient to propagate the crack, intensity of which the minimum is linked to the geometric characteristics of the piece and the block as well as to the constituent material of the block;
- deux systèmes de forces dont les zones d'application ont une surface suffisante pour ne pas propager une fissure sous leur propre zone d'action, comprenant:- two force systems whose application zones have a sufficient surface not to propagate a crack under their own zone of action, comprising:
- un premier système de forces dont les éléments d'appui ont leur zone d'application sur la face d'arrivée de fissure, à une distance de la ligne d'arrivée de la fissure inférieure au 1/5 de la longueur de la fissure et de préférence sur la ligne d'arrivée de la fissure;- a first system of forces whose support elements have their area of application on the crack arrival face, at a distance from the finish line of the crack less than 1/5 of the length of the crack and preferably on the finish line of the crack;
- un deuxième système de forces dont les éléments d'appui ont leur zone d'application sur la face de départ de fissure, côté morceau, écartée en majeure partie de la ligne de départ de fissure mais à une distance de celle-ci inférieure à la longueur de la fissure, forces dont les composantes de compression ont une densité supérieure à une valeur minimale au-dessous de laquelle la fissure se propage en s'incurvant sans atteindre la ligne d'arrivée de fissure. ce procédé étant caractérisé en ce qu'on met en action un troisième système de forces dont les éléments d'appui ont leur zone d'application sur la face de départ de fissure, côté bloc, écartée en majeure partie de la ligne de départ de fissure mais à une distance de celle-ci inférieure à la longueur de la fissure, ces zones d'application ayant une surface suffisante pour ne pas provoquer une fissure sous leur propre zone d'action, l'ensemble des forces auxquelles est soumis le bloc étant en équilibre.- a second force system whose support elements have their area of application on the face of the crack start, chunk side, separated for the most part from the crack start line but at a distance from it less than the length of the crack, forces whose compression components have a density greater than a minimum value at - below which the crack propagates by bending without reaching the crack finish line. this process being characterized in that a third system of forces is put into action, the support elements of which have their area of application on the starting face of the crack, on the block side, separated for the most part from the starting line of crack but at a distance from it less than the length of the crack, these application areas having a sufficient surface not to cause a crack under their own area of action, all the forces to which the block is subjected being in balance.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résultante des forces agissant sur l face de départ ou d'arrivée de fissure passe entre les zones d'appui d'au moins deux forces, agissant sur la face opposée c'est-à-dire d'arrivée ou de départ de fissure, et en ce que ces zones d'appui sont disposées pour empêcher tout mouvement de rotation du bloc autour de l'une d'elles.2. Method according to claim 1, characterized in that the resultant of the forces acting on the starting face or arrival of crack passes between the bearing zones of at least two forces, acting on the opposite face it ie crack arrival or departure, and in that these support zones are arranged to prevent any rotational movement of the block around one of them.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone d'appui d'au moins l'une des forces soit du premier système de forces, soit du deuxième ou troisième système de forces est une ligne fixe allongée parallèlement au plan moyen de séparation désirée et si la mise en oeuvre de l'ensemble des forces appliquées a tendance à faire tourner le bloc autour de cette ligne, on annule cette tendance en exerçant sur au moins l'un des éléments d'appui des autres forces mises en jeu, un effort mesurable, perpendiculaire à ce plan, effort dont le sens et l'intensité déterminent la courbure de la surface de séparation.3. Method according to claim 1, characterized in that the support zone of at least one of the forces either of the first system of forces, or of the second or third system of forces is a fixed line elongated parallel to the mean plane of desired separation and if the implementation of all the applied forces tends to rotate the block around this line, this tendency is canceled out by exerting on at least one of the support elements of the other forces put in play, a measurable force, perpendicular to this plane, effort whose direction and intensity determine the curvature of the separation surface.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à4. Method according to one of claims 1 to
3, caractérisé en ce que: - les amorces de fissure sont créées sur la majorité de la ligne de départ de fissure désirée;3, characterized in that: - the crack initiators are created on the majority of the desired crack starting line;
- les éléments d'appui du premier système de forces agissent le plus régulièrement possible, exactement sur la ligne d'arrivée de fissure; et - on exerce sur chacune des deux lignes intermédiaires, d'une façon symétrique, dans toutes les parties où on désire que la fissure suive exactement ces lignes, des systèmes de forces jouant le rôle d'appel de fissures, mais d'une intensité insuffisante pour propager seuls des fissures.- the support elements of the first force system act as regularly as possible, exactly on the crack finish line; and - one exerts on each of the two intermediate lines, in a symmetrical way, in all the parts where one wishes that the crack follows exactly these lines, systems of forces playing the role of call of cracks, but of an intensity insufficient to propagate cracks alone.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à5. Method according to one of claims 1 to
4, caractérisé en ce qu'on applique un système de forces de compression, agissant exactement sur la ligne de départ de fissure et sur la majorité de sa dimension, par l'intermédiaire d'outils en forme de ciseau, système de forces d'une intensité suffisante pour amorcer une fissure suivant sa ligne d'appui et créer au moins une partie de la force de séparation nécessaire à la propagation de la fissure. 4, characterized in that a system of compressive forces is applied, acting exactly on the starting line of the crack and on most of its dimension, by means of scissor-shaped tools, system of forces of sufficient intensity to initiate a crack along its support line and create at least part of the separation force necessary for the propagation of the crack.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à6. Method according to one of claims 1 to
3, caractérisé en ce qu'au moins une amorce de fissure est créée sur la ligne de départ de fissure se trouvant dans le plan de clivage, d'une matière fissile ou à clivage naturel, que l'on désire suivre, et les éléments d'appui du premier système de forces agissent sur une zone située au voisinage de la ligne d'arrivée de fissure constituée par la ligne de rencontre du plan de clivage choisi et de la face d'arrivée de fissure.3, characterized in that at least one crack initiation is created on the crack starting line lying in the plane of cleavage, of a fissile material or of natural cleavage, which it is desired to follow, and the elements of support of the first system of forces act on a zone located in the vicinity of the line of arrival of crack constituted by the meeting line of the chosen cleavage plane and the face of arrival of crack.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une partie des forces de séparation assurant la propagation de la fissure est générée par une pression de fluide confiné dans tout ou partie de ou des amorces de fissures créées sur la ligne de départ de fissure. 7. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least part of the forces of separation ensuring the propagation of the crack is generated by a pressure of fluid confined in all or part of crack initiator (s) created on the starting line of crack.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à8. Method according to one of claims 1 to
7, caractérisé en ce que les éléments d'appui des deuxième et troisième systèmes de forces, tout en restant fixes par rapport au bloc et au morceau, puissent s'écarter librement l'un de l'autre d'une distance correspondant à l'élargissement de la fissure pendant sa progression.7, characterized in that the support elements of the second and third force systems, while remaining fixed relative to the block and the piece, can move away from each other by a distance corresponding to l widening of the crack during its progression.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à9. Method according to one of claims 1 to
8, caractérisé en ce qu'au moins l'un des éléments d'appui de chacun des deuxième et troisième systèmes de forces est confondu avec un élément d'appui d'au moins une partie des forces de séparation.8, characterized in that at least one of the support elements of each of the second and third force systems is merged with a support element of at least part of the separation forces.
10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une plaque de matière souple et étanche (60), s'étendant de part et d'autre de la ligne de départ de la fissure, sert à la fois à confiner le fluide sous pression et à transmettre en bloc les forces des deuxième et troisième systèmes de forces. 10. Method according to claim 7, characterized in that a plate of flexible and impermeable material (60), extending on either side of the starting line of the crack, serves both to confine the fluid under pressure and to transmit in bulk the forces of the second and third systems of forces.
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