EP4603925A1 - Procede de realisation d'un arbre de pivotement horloger et arbre de pivotement horloger - Google Patents

Procede de realisation d'un arbre de pivotement horloger et arbre de pivotement horloger

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Publication number
EP4603925A1
EP4603925A1 EP24158425.9A EP24158425A EP4603925A1 EP 4603925 A1 EP4603925 A1 EP 4603925A1 EP 24158425 A EP24158425 A EP 24158425A EP 4603925 A1 EP4603925 A1 EP 4603925A1
Authority
EP
European Patent Office
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shaft
bar
pivot
machining
longitudinal axis
Prior art date
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Pending
Application number
EP24158425.9A
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German (de)
English (en)
Inventor
Philippe BEAU
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Richemont International SA
Original Assignee
Richemont International SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Richemont International SA filed Critical Richemont International SA
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Publication of EP4603925A1 publication Critical patent/EP4603925A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B13/00—Gearwork
    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/32—Component parts or constructional details, e.g. collet, stud, virole or piton
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    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B43/00—Protecting clockworks by shields or other means against external influences, e.g. magnetic fields
    • G04B43/007—Antimagnetic alloys
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04D—APPARATUS OR TOOLS SPECIALLY DESIGNED FOR MAKING OR MAINTAINING CLOCKS OR WATCHES
    • G04D3/00—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials
    • G04D3/0074—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for treatment of the material, e.g. surface treatment
    • G04D3/0079—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for treatment of the material, e.g. surface treatment for gearwork components
    • G04D3/0084—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for treatment of the material, e.g. surface treatment for gearwork components for axles, sleeves
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    • G04D3/00—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials
    • G04D3/02—Lathes, with one or more supports; Burnishing machines, with one or more supports
    • G04D3/0227—Lathes, with one or more supports; Burnishing machines, with one or more supports for the manufacture of special components for clockworks
    • G04D3/0236—Lathes, with one or more supports; Burnishing machines, with one or more supports for the manufacture of special components for clockworks for gearwork components
    • G04D3/0254—Lathes, with one or more supports; Burnishing machines, with one or more supports for the manufacture of special components for clockworks for gearwork components for axles, sleeves

Definitions

  • the present invention relates to the field of watchmaking. It relates, more particularly, to a method for producing a watch pivot shaft and more particularly to a method for producing a balance shaft.
  • the material chosen must therefore be easily machined, and then be able to be hardened by quenching or tempering treatments.
  • the machinability of a material can be directly correlated to its specific cutting force, measured by manufacturers by the parameter Kc, generally given in N/mm 2 or MPa.
  • Carbon martensitic steels including lead and manganese sulfides are generally used to improve their machinability.
  • a steel of this type used in watchmaking is known under the reference 20AP.
  • the present invention aims to change the paradigm and aims to propose a new method for producing a watch pivot shaft, particularly a balance shaft.
  • Another aspect of the invention relates to a balance shaft made from a non-magnetic alloy chosen from the family of austenitic stainless steels, metallic glasses (Bulk Metallic Glass or BMG in English), tungsten-based alloys (tungsten carbide with nickel binder for example), intermetallic materials or even conductive ceramics.
  • a balance shaft made from a non-magnetic alloy chosen from the family of austenitic stainless steels, metallic glasses (Bulk Metallic Glass or BMG in English), tungsten-based alloys (tungsten carbide with nickel binder for example), intermetallic materials or even conductive ceramics.
  • figure 1 represents a schematic view of a machine comprising a rotating gripping member and a wire EDM machining system mounted on a numerically controlled actuator.
  • figure 1 also shows a bar arranged on the rotating gripping member.
  • certain machining operations on the shaft are carried out with incremental (non-continuous) rotation.
  • the bar 4 is not driven in continuous rotation.
  • the bar 4 can then rotate through a given angle and be machined again by wire EDM 2.
  • the parts of the shaft produced in this way then have one or more flats or a polygonal surface.
  • the presence of incremental rotation machining makes it possible to structure the bar.
  • the examples given above are not limiting and the shapes described between the cylindrical part and the flat part, respectively convex, respectively concave, can be adapted, as well as the radii of curvature of the convex parts, respectively concave.
  • the pivot may have a slightly conical shape instead of the cylindrical part.
  • this wire EDM turning technology made it possible to obtain very good process control and manufacture parts in the dimensions used for watch pivots, with not only very reduced tolerances but also remarkable surface finishes.
  • a rolling step may however be provided after the wire EDM machining step.
  • This rolling step may be particularly useful when the wire EDM machining machine 2 has a single rotary gripping member 1 and the shaft is separated by cutting from the rest of the bar 4, this cutting being carried out at a pivot of the shaft.
  • the surface condition at the cut surface is quite complex to control and a reworking of the cut surface by rolling on a dedicated machine may therefore be provided.
  • a reworking of the cut surface by EDM, after having turned and replaced the shaft in the rotary gripping member 1 may also be implemented.
  • An additional tribological finishing/polishing step can be planned to obtain a surface finish that meets the required specifications, for example to further refine the surface finish.
  • This type of operation is typically carried out in bulk, by stirring in a medium loaded with abrasive particles. A large number of parts can therefore be treated very efficiently. No change in geometry is observed during this operation, but only a homogeneous reduction in dimensions, of a few um, depending on the duration of the operation as well as a reduction in roughness.
  • the material used in the wire EDM process must be electrically conductive in order to be suitable for EDM machining.
  • the material has an electrical conductivity greater than 1 Sm -1 (1 Siemens per meter), even more advantageously greater than 100 Sm -1 .
  • the invention also relates to a watch pivot shaft, for example a balance shaft made of such a non-magnetic and electrically conductive material.
  • a watch pivot shaft for example a balance shaft made of such a non-magnetic and electrically conductive material.
  • the shaft according to the invention does not need to receive an external coating to modify its tribological properties.
  • said material has a hardness (before and after wire EDM machining) greater than 450HV, preferably greater than 600HV.
  • said material has a hardness (before and after wire EDM machining) between 450HV and 2000HV, even more advantageously between 600HV and 1200HV.
  • alloys mentioned being particularly hard, possibly after an ad-hoc heat treatment, one can therefore do without hardening steps generally implemented after machining. Indeed, with traditional bar turning, heat treatment operations such as quenching or tempering are carried out after machining, which requires taking into account the thermal stresses and deformations undergone.
  • pivots are shaped during the turning operation. All the geometric characteristics of the shaft, including the pivots, are well realized with extremely low dispersion. The dimensions obtained take into account, where applicable, the removal of material linked to a finishing step, such as polishing or other.
  • the shafts can be used without the addition of an external coating. This results in shafts that are homogeneous in terms of material and properties.
  • wire EDM machining system 2 can work along the entire length of the shaft, except for the pivot end that connects the shaft to the bar 4.
  • wire EDM 2 By modulating the parameters of the machining system by wire EDM 2, it is thus possible to shape all areas of the shaft, gradually refining the surface finish.
  • the wire EDM machining system produces the shaft by working its entire length and reducing the diameters, then refining the surface finishes, progressively.
  • the shaft is advantageously separated by cutting from the rest of the bar 4, this cutting being carried out at the second end.
  • the cutting is carried out by the wire EDM machining system 2.
  • the method uses a machine with two spindles, so as to produce a first part of the shaft on a first spindle, a transfer to a second spindle and machining of a second part of the shaft following the transfer to the second spindle.
  • the loading and unloading of the shafts could be carried out automatically.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un arbre de balancier en matière amagnétique et conductrice d' électricité au moyen d' une machine comprenant un organe de préhension rotatif (1) et un système d' usinage par électroérosion à fil (2) monté sur un actuateur à commande numérique (3).
Le procédé comprend les étapes suivantes :
- se doter d' une barre (4) ladite matière s' étendant sur un axe longitudinal (A),
- agencer la barre (4) selon son axe longitudinal (A) sur l' organe de préhension rotatif (1),
- mettre la barre (4) en forme par usinage électroérosion pour obtenir un arbre de balancier comprenant un pivot à chaque extrémité, cette étape comprenant la mise en rotation continue de la barre (4) autour de son axe longitudinal (A) pour la mise en forme desdits pivots
- optionnellement effectuer un traitement de finition tribologique.
L' invention concerne également un arbre de balancier, notamment réalisé dans une matière choisie parmi les familles des aciers inoxydables austénitiques, des verres métalliques, des alliages à base tungstène, des matériaux intermétalliques ou encore des céramiques conductrices.

Description

    Domaine technique
  • La présente invention se rapporte au domaine de l'horlogerie. Elle concerne, plus particulièrement, un procédé de réalisation d'un arbre de pivotement horloger et plus particulièrement un procédé de réalisation d'un arbre de balancier.
    • Etat de la technique
  • Dans un mouvement mécanique d' horlogerie, l' échappement et le balancier-spiral sont des éléments importants dans la détermination de la régularité de la marche. Le balancier spiral est assemblé sur un arbre, appelé arbre de balancier, pivotant dans des paliers. L' échappement comprend généralement une ancre montée sur un arbre, appelé tigeron d' ancre, et une roue d' échappement montée sur un pignon d' échappement. Le rouage, permettant de transmettre l' énergie du barillet à l' échappement, comprend également de nombreux arbres de pivotement. La qualité du pivotement a une grande influence sur la performance du mouvement, en termes de précision, de rendement et de durabilité notamment.
  • La réalisation d' arbres de pivotement horloger, et plus particulièrement d' arbres de balancier, de manière industrielle est particulièrement complexe. En effet, l' arbre est décolleté dans une barre, dont le matériau doit être suffisamment tendre pour être usiné de manière précise et rapide, sans induire d' usure précoce des outils de coupe. Mais les zones interagissant avec les paliers, appelées pivots, doivent également être suffisamment dures, pour résister à l' usure du fonctionnement. Par ailleurs, l' état de surface des pivots doit être particulièrement travaillé et il est aujourd' hui obtenu par des opérations de roulage, qui nécessitent un matériau présentant une dureté d' au moins 600Hv.
  • Ces opérations de roulage permettent non seulement d' obtenir l' état de surface souhaité, mais également les formes requises pour les pivots avec une précision dimensionnelle bien maîtrisée, avec une tolérance de l' ordre du micron. Le décolletage est donc effectué selon des cotes intermédiaires, qui tiennent compte de la matière enlevée lors du roulage. Sur la figure 2, nous avons représenté selon la ligne 10, la forme d'un arbre issu du décolletage, et selon la ligne 12, sa forme après roulage. Le roulage permet d' obtenir la géométrie recherchée pour les pivots. Eventuellement, une opération supplémentaire de finition tribologique, tel qu'un polissage, est encore effectuée. Cette dernière entraîne une abrasion de matière supplémentaire et permet d' obtenir les cotes selon la ligne 14, qui sont les cotes définitives.
  • Le matériau choisi doit donc être aisément décolletable, et être ensuite apte à être durci par des traitements de trempe ou de revenu. L' usinabilité d'un matériau peut être corrélée directement à son effort spécifique de coupe, mesuré par les fabricants par le paramètre Kc, donné généralement en N/mm2 ou MPa. On utilise généralement des aciers martensitiques au carbone incluant du plomb et des sulfures de manganèse pour améliorer leur usinabilité. Un acier de ce type utilisé en horlogerie est connu sous la référence 20AP.
  • Bien que donnant satisfaction en termes d' usinabilité et d' état de surface, les aciers actuellement utilisés présentent l' inconvénient d'être sensibles à une exposition à un champ magnétique, ce qui peut ensuite perturber la marche de la montre.
  • Actuellement, les horlogers cherchent donc des alliages alternatifs, présentant des propriétés similaires à celles des aciers martensitiques, à savoir une bonne usinabilité, une aptitude au durcissement par des traitements divers, et qui soient autant amagnétiques que possible. L' un des buts de ces tentatives est de conserver les techniques d' usinage jusqu' ici maîtrisées, pour reproduire les formes de pivot éprouvées et donnant satisfaction.
  • Contrairement à l' approche actuellement suivie, la présente invention vise à changer de paradigme et a pour but de proposer un nouveau procédé de réalisation d'un arbre de pivotement horloger, particulièrement d'un arbre de balancier.
    • Divulguation de l' invention
  • De façon plus précise, un premier aspect de l'invention concerne un procédé de réalisation d'un arbre de pivotement horloger, par exemple un arbre de balancier, en matière amagnétique et conductrice d' électricité. Le procédé est effectué au moyen d'une machine comprenant un organe de préhension rotatif et un système d' usinage par électroérosion à fil monté sur un actuateur à commande numérique. Le procédé selon l' invention comprend les étapes suivantes :
    1. a. se doter d' une barre de ladite matière s' étendant selon un axe longitudinal,
    2. b. agencer la barre selon son axe longitudinal sur l' organe de préhension rotatif,
    3. c. mettre la barre en forme par usinage électroérosion à fil pour obtenir un arbre de pivotement comprenant un pivot à chaque extrémité, l' étape c. comprenant la mise en rotation continue de la barre autour de son axe longitudinal pour la mise en forme desdits pivots.
    4. d. Optionnellement, effectuer un traitement de finition tribologique.
  • La remise en cause des techniques d' usinage traditionnelles (décolletage, roulage) et l' utilisation d' une nouvelle technique, aux possibilités insoupçonnées, permettent d' explorer de nouveaux champs et de nouvelles possibilités en termes de matériaux.
  • Un autre aspect de l' invention porte sur un arbre de balancier réalisé dans un alliage amagnétique choisi dans la famille des aciers inoxydables austénitiques, des verres métalliques (Bulk Metallic Glass ou BMG en anglais), des alliages à base tungstène (carbure de tungstène avec liant nickel par exemple), des matériaux intermétalliques ou encore des céramiques conductrices.
    • Brève description des dessins
  • La figure 1 représente une vue schématique d' une machine comprenant un organe de préhension rotatif et un système d' usinage par électroérosion à fil monté sur un actuateur à commande numérique. La figure 1 montre aussi une barre agencée sur l' organe de préhension rotatif.
  • La figure 2 annexée représente les géométries d'un arbre de balancier au cours de sa réalisation selon un procédé traditionnel, tandis que les figures 3a, 3b et 3c proposent des géométries d' arbre de balancier réalisés par le procédé selon des modes de réalisation exemplaires de l' invention.
    • Mode de réalisation de l' invention
  • L' invention propose d' utiliser une nouvelle technique de fabrication, basée sur une machine à commande numérique, dont l' actuateur est équipé d'un système d' usinage par électroérosion à fil. L'électroérosion, appelée aussi EDM (electrical discharge machining en anglais), est un procédé d'usinage qui consiste à enlever de la matière dans une pièce en utilisant des décharges électriques. Il existe différents types d' électroérosion parmi lesquels :
    • l' électroérosion par enfonçage, dans laquelle une électrode de forme complémentaire à la forme à usiner s'enfonce dans la pièce. Cette technique n'est généralement pas adaptée à l' usinage de pièces de précision en série car l' électrode de forme présente une usure importante. De manière empirique, nous pouvons considérer que l' enlèvement de matière lors d'un usinage par enfonçage se répartit à 80% en enlèvement matière sur la pièce à usiner et à 20% en enlèvement matière sur l' électrode, c' est-à-dire en usure de l' électrode.
    • l' électroérosion par fil, où un fil conducteur animé d'un mouvement plan et/ou angulaire découpe une pièce suivant une surface réglée.
  • La machine à commande numérique comprend également un organe de préhension rotatif destiné à recevoir une barre dans un matériau à usiner. La barre s' étend selon un axe longitudinal. Typiquement, les barres de décolletage pour la réalisation d' arbre de balancier sont cylindriques et présentent un diamètre compris entre 1,5mm et 3mm, préférentiellement 2mm ; et une longueur comprise entre 1m et 3m, préférentiellement 2m. La barre est montée sur l' organe de préhension rotatif selon son axe longitudinal, c' est-à-dire que la mise en rotation de la barre se fait autour de son axe longitudinal à l' instar d' une décolleteuse traditionnelle. Cet agencement permet de réaliser des arbres de pivotement horloger en usinage par électroérosion.
  • La figure 1 représente une vue schématique d' une machine comprenant un organe de préhension rotatif 1 et un système d' usinage par électroérosion à fil 2 monté sur un actuateur à commande numérique 3, ainsi qu' une barre 4 agencée sur l' organe de préhension rotatif 1. La barre 4 s' étend selon un axe longitudinal A.
  • Selon l' invention on réalise un arbre de pivotement horloger, comprenant un pivot à chaque extrémité, avec un système d' usinage par électroérosion à fil. Le fil 2 présente, par exemple, un diamètre de 0.02mm à 0.30mm, préférentiellement un diamètre de 0.02mm à 0.25mm, encore plus préférentiellement un diamètre de 0.02mm à 0. 15mm. De manière avantageuse, le fil 2 peut être en un matériau choisi dans le groupe constitué des :
    • Laiton CuZn36, CuZn37, CuZn40 sans revêtement
    • Laiton CuZn36, CuZn37, CuZn40 avec revêtement Zn, Cu5Zn8, Cu
    • Cuivre revêtu CuZn50, Cu5Zn8
    • Acier revêtu CuZn40
    • Alliage de cuivre
    • Alliage nickel titane
    • Tungstène revêtu.
  • Selon un premier mode de réalisation, le système d' usinage par électroérosion à fil 2 est utilisé pour usiner une pièce à partir d'une barre 4 mise en rotation continue dans un organe de préhension rotatif 1, à l' instar d' une décolleteuse. La rotation continue de la barre 4 permet de créer une pièce constituée de différentes surfaces de révolution. Parmi ces surfaces de révolution nous pouvons retrouver des zones de pivotement ou des portées permettant l' assemblage de différents composants. Pour un arbre de balancier, ces portées permettent d' y assembler la serge de balancier, le plateau ou la virole par exemple.
  • Selon un deuxième mode de réalisation, certaines opérations d' usinage sur l' arbre sont réalisées avec une rotation incrémentale (non continue). Dans ce cas, lors de l' usinage par électroérosion à fil 2, la barre 4 n'est pas entraînée en rotation continue. La barre 4 peut ensuite effectuer une rotation d'un angle donné et être usinée à nouveau par électroérosion à fil 2. Les parties de l' arbre réalisées de cette manière présentent alors un ou plusieurs méplats ou une surface polygonale. Par exemple, une première étape d' usinage d' ébauche peut être réalisée en usinant la barre 4 fois à 90° , 6 fois à 60° , 10 fois à 36° ou plus généralement X fois à Y° , avec X*Y° =360° , afin de retirer une quantité importante de matière. La présence d'un usinage par rotation incrémentale permet de structurer la barre. Cet usinage par rotation incrémentale peut concerner la barre sur toute sa longueur, à l' exception des extrémités, ou une ou plusieurs parties de la barre. Il est ainsi possible de préparer un arbre dont les extrémités sont usinées par rotation continue et la partie longitudinale usinée par rotation incrémentale et/ou continue. L' arbre résultant de cet usinage peut donc comporter une partie ayant une section carrée, octogonale, ou des méplats··· La rotation incrémentale peut consister à réaliser un premier usinage sans rotation, faire tourner la barre sans usinage, réaliser un deuxième usinage sans rotation··· jusqu' à obtenir la forme désirée. Avantageusement, une étape supplémentaire d' usinage par électroérosion en rotation continue est ensuite mise en oeuvre sur les portées nécessitant une surface de révolution, par exemple sur les pivots. Certaines portées peuvent rester polygonales, notamment les surfaces non fonctionnelles ou les surfaces d' assemblage (le chassage du plateau ou de la virole peut se faire sur une surface polygonale par exemple). Ainsi, l' étape c. du procédé peut comprendre un ou plusieurs usinages par électroérosion. La présence de plusieurs usinages par électroérosion peut notamment permettre de réaliser un arbre de pivotement ayant un ou plusieurs méplats ou une forme polygonale. L' étape c. comprend donc un usinage en rotation continue et, optionnellement, un usinage en rotation incrémentale pouvant être suivi d'un autre usinage en rotation continue.
  • De manière avantageuse, l' utilisation d' une machine comprenant un système d' usinage par électroérosion à fil 2 monté sur un actuateur à commande numérique 3 combiné avec un organe de préhension rotatif 1, permet de réaliser toutes formes sur l' arbre, y-compris des formes qui ne sont pas de révolution, dès lors que la rotation de la barre 4 est incrémentale.
  • Grâce aux directions que peut prendre le fil, on peut envisager de réaliser des arbres et des pivots avec des formes conventionnelles, c'est-à-dire des formes actuellement réalisées par décolletage et roulage. D' autres formes sont également possibles, qui ne seraient pas réalisables par décolletage, ni par roulage. Les géométries visées sont obtenues directement lors de l' étape c. d' usinage par électroérosion à fil.
  • A titre d' exemple, la figure 3 donne trois possibilités, respectivement aux figures 3a, 3b et 3c.
  • L' extrémité du pivot illustré en 3a est plate. Elle se décrit comme un cylindre circulaire droit de diamètre D (Symétrie axiale). La base de ce cylindre présente un arc de cercle de 90° de rayon A, compris entre 5 et 25 um, partant de la génératrice du cylindre. De façon tangentielle et continue, un rayon de courbure R supérieur à 0.5 mm, prolonge le rayon A jusqu' au centre de la base du cylindre.
  • L' extrémité du pivot illustré en 3b est convexe. Elle se décrit comme un cylindre circulaire droit de diamètre D (Symétrie axiale). La base de ce cylindre présente un arc de cercle de 90° , de rayon A compris entre 5 et 25 um, partant de la génératrice du cylindre. De façon tangentielle et continue, un rayon de courbure R compris entre 0.1 et 0.5 mm, plus généralement compris entre D/2 et 0.5mm, prolonge le rayon A jusqu' au centre de la base du cylindre.
  • L' extrémité du pivot illustré en 3c comprend une encoche concave E. Le pivot se décrit comme un cylindre circulaire droit de diamètre D (Symétrie axiale). La base de ce cylindre présente un arc de cercle d' environ 90° , de rayon A compris entre 5 et 25 um, partant de la génératrice du cylindre. Le bout de pivot présente une forme générale convexe (présence d'un rayon en bout de pivot) avec un usinage concave. Cet usinage est par exemple une encoche E réalisée par le fil 2 d' électroérosion sur le bout de pivot. Cette forme, qui n' est pas une forme de révolution, permet de modifier le point de contact du pivot lorsque le pivotement se fait en bout de pivot.
  • L' arbre de pivotement horloger (avantageusement arbre de balancier) présente un diamètre de pivot D préférentiellement compris entre 0.03mm et 0.20mm, avantageusement compris entre 0.04mm et 0.09mm.
  • Les exemples donnés ci-dessus ne sont pas limitatifs et les formes décrites entre la partie cylindrique et la partie plate, respectivement convexe, respectivement concave, peuvent être adaptées, ainsi que les rayons de courbure des parties convexes, respectivement concaves. De plus, le pivot peut présenter une forme légèrement conique en lieu et place de la partie cylindrique.
  • De manière particulièrement avantageuse et inattendue, il a été observé que cette technologie de décolletage par électroérosion à fil permettait d' obtenir un très bon contrôle du procédé et une fabrication de pièces dans les dimensions utilisées pour des pivots horlogers, avec non seulement des tolérances très réduites mais également des états de surface remarquables.
  • Pour ce qui concerne les états de surface obtenus, ils sont similaires voire meilleurs que ceux obtenus après un décolletage conventionnel. En sortie de décolletage, on mesure une rugosité Ra avantageusement comprise entre 0,08µm et 0,15 um après usinage électroérosion à fil, alors qu' elle est généralement de 0. 2 um après décolletage conventionnel. La qualité de l' état de surface peut permettre de se passer de roulage ultérieur. Le procédé selon l' invention peut donc être dépourvu d' étape de roulage après l' usinage électroérosion à fil.
  • Une étape de roulage peut cependant être prévue après l' étape d' usinage par électroérosion à fil. Cette étape de roulage peut notamment être utile lorsque la machine d' usinage par électroérosion à fil 2 dispose d'un unique organe de préhension rotatif 1 et que l' arbre est séparé par tronçonnage du reste de la barre 4, ce tronçonnage étant effectué au niveau d'un pivot de l' arbre. De manière générale, l' état de surface au niveau de la surface tronçonnée est assez complexe à maîtriser et une reprise de la surface tronçonnée par roulage sur une machine dédiée peut donc être prévue. Alternativement, une reprise de la surface tronçonnée par électroérosion, après avoir retourné et replacé l' arbre dans l' organe de préhension rotatif 1, peut aussi être mise en oeuvre.
  • Une étape supplémentaire de finition tribologique/polissage, peut être prévue pour obtenir un état de surface conforme aux spécifications requises, par exemple pour affiner davantage l' état de surface. Ce type d' opération est typiquement effectué en vrac, par agitation dans un milieu chargé de particules abrasives. On peut donc traiter un grand nombre de pièces, de manière très efficiente. On n' observe pas de changement de géométrie au cours de cette opération, mais seulement une réduction homogène des dimensions, de quelques um, en fonction de la durée de l' opération ainsi qu' une diminution de la rugosité.
  • De manière encore plus intéressante, des essais ont été réalisés avec des matières non utilisées pour ce genre d' applications, ces matières étant connues pour leur faible usinabilité avec des outils traditionnels, de type burin de décolletage. En effet, l' usinage de ces matières entraine une usure rapide des outils de coupe en carbure, ce qui les rend inutilisables industriellement. De plus, au vu des faibles dimensions des arbres et des pivots, les contraintes mécaniques imposées lors du décolletage rendent quasi impossibles la réalisation de pièces dans ce type de matière.
  • La matière mise en oeuvre dans le procédé d' électroérosion à fil doit être conductrice d' électricité afin d'être apte à l' usinage par électroérosion. Avantageusement, la matière a une conductivité électrique supérieure à 1 S.m-1 (1 Siemens par mètre), encore plus avantageusement supérieure à 100 S.m-1.
  • La matière adéquate est choisie parmi les métaux amagnétiques, avantageusement les aciers inoxydables austénitiques et conducteurs d' électricité, les titanes ou alliages de titane, les verres métalliques (Bulk Metallic Glass ou BMG en anglais), ou encore les alliages à base tungstène.
  • Il est également possible de choisir une matière amagnétique et conductrice d' électricité parmi :
    • Les matériaux intermétalliques
    • Les céramiques conductrices par exemple les matériaux constitués d'une base céramique (par exemple ZrO2, Si3N4, Al2O3), enrichie avec une phase conductrice dispersée (par exemple TiC, TiN, TiCN, WC ou TiB2).
    • Les composites à matrice métallique, par exemple le carbure de tungstène avec un liant nickel
    • Le silicium, par exemple le silicium dopé au bore ou au phosphore
    • Le carbure de titane (TiC)
  • Ces matériaux présentent l' avantage d'être amagnétiques et conducteurs d' électricité.
  • Ainsi, l' invention concerne également un arbre de pivotement horloger, par exemple un arbre de balancier réalisé en un tel matériau amagnétique et conducteur d' électricité. Bien que cela ne soit pas exclu, l' arbre selon l' invention n' a pas besoin de recevoir un revêtement externe pour modifier ses propriétés tribologiques.
  • Avantageusement, ladite matière présente une dureté (avant et après usinage par électroérosion à fil) supérieure à 450HV, préférentiellement supérieure à 600HV. Avantageusement ladite matière présente une dureté (avant et après usinage par électroérosion à fil) comprise entre 450HV et 2000HV, encore plus avantageusement comprise entre 600HV et 1200HV.
  • Lorsque la matière choisie est un alliage métallique, cette dernière peut éventuellement être traitée thermiquement, par exemple pour modifier certaines propriétés, comme sa dureté. Ces traitement thermiques, appelés vieillissements pour ce type d' alliage, sont avantageusement effectués avant l' usinage par électroérosion à fil, ce qui permet d' éviter tout changement dimensionnel pouvant survenir lors des traitements thermiques.
  • Les alliages mentionnés étant particulièrement durs, éventuellement après un traitement thermique ad-hoc, on peut donc se passer d' étapes de durcissement généralement mises en oeuvre après l' usinage. En effet, avec un décolletage traditionnel, les opérations de traitements thermiques de type trempe ou revenu, sont effectués après l' usinage, ce qui nécessite de prendre en compte les contraintes et déformations thermiques subies.
  • Grâce aux possibilités offertes par l' usinage selon l' invention et grâce à la précision que cette technique permet d' obtenir, on peut donc usiner l' arbre de pivotement horloger (avantageusement un arbre de balancier), y-compris les éventuels pivots, avec la géométrie finale. Une simple étape de finition tribologique ou polissage est préférentiellement effectuée, en conservant la géométrie définie, c'est-à-dire en conservant les angles ou rayons, une simple contraction par enlèvement de matière régulier pouvant être observée. Le procédé est donc beaucoup mieux maitrisé.
  • On a ainsi pu réaliser, par décolletage laser, des arbres de pivotement horloger, par exemple des arbres de balancier, y compris les pivots, dans différentes matières présentant une usinabilité moyenne à mauvaise par outil coupant, par exemple des matières présentant des efforts spécifiques de coupes supérieurs ou égaux à 2400 N/mm2. De manière surprenante, le décolletage par électroérosion à fil tel que décrit ci-dessus, permet d' obtenir les formes recherchées avec des précisions requises et des états de surface particulièrement bons.
  • On souligne que les pivots sont mis en forme lors de l' opération de décolletage. Toutes les caractéristiques géométriques de l' arbre, y compris les pivots, sont bien réalisées avec une dispersion extrêmement faible. Les dimensions obtenues tiennent compte, le cas échéant, de l' enlèvement de matière lié à une étape de finition, de type polissage ou autre.
  • Les arbres peuvent être utilisés sans ajout d'un revêtement externe. On obtient ainsi des arbres homogènes, en termes de matériau et de propriétés.
  • Un aspect intéressant du procédé de fabrication, est que le système d' usinage par électroérosion à fil 2 peut travailler sur toute la longueur de l' arbre, hormis le bout de pivot qui relie l' arbre à la barre 4. En modulant les paramètres du système d' usinage par électroérosion à fil 2, on peut ainsi mettre en forme l' ensemble des zones de l' arbre, en affinant progressivement l' état de surface. A la différence d'un procédé de décolletage traditionnel où l' arbre de balancier est réalisé par section longitudinale, au fur et à mesure de l' avance de la barre, le système d' usinage par électroérosion à fil réalise l' arbre en travaillant toute sa longueur et en réduisant les diamètres, puis en affinant les états de surface, de manière progressive.
  • Le procédé peut comprendre les blocs d' étapes suivants, chacun comportant une pluralité d' étapes, dont le détail peut être modifié en fonction du savoir-faire de l' homme du métier et des spécificités de la machine utilisée :
    • Ebauche de la barre : consiste à réduire le diamètre de la barre pour l' amener à un diamètre de 1 à 3mm,
    • Profilage de l' arbre de balancier : consiste à donner la forme générale de l' arbre de balancier (plateau, géométrie générale···),
    • Piqûre de la rivure : soit une piqûre de forme classique (via un usinage concave classique ou via une électroérosion par enfonçage) soit la réalisation de languettes de sertissage par électroérosion à fil, les languettes étant ensuite rabattues par déformation plastique afin de solidariser la serge de balancier sur l' arbre de balancier, cette réalisation de languettes peut être faite avec le système d' électroérosion à fil,
    • Mise en forme des extrémités des pivots : consiste à réaliser la partie extrémale du pivot,
    • Traitement de finition, par exemple par tribofinition vrac.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé de fabrication comprend :
    • une mise en forme, d' une première extrémité de l' arbre tandis que l' arbre est tenu par la machine du côté d' une deuxième extrémité de l' arbre, le cas échéant par l' intermédiaire de la barre 4,
    • une prise par la machine de l' arbre par la première extrémité précédemment mise en forme, et
    • une mise en forme, de la deuxième extrémité tandis que la première extrémité est tenue par la machine.
  • Entre la deuxième et la troisième étapes de ce mode de réalisation, l' arbre est avantageusement séparé par tronçonnage du reste de la barre 4, ce tronçonnage étant effectué au niveau de la deuxième extrémité. Avantageusement, le tronçonnage est effectué par le système d' usinage par électroérosion à fil 2. Autrement dit, le procédé fait appel à une machine dotée de deux broches, de manière à réaliser une première partie de l' arbre sur une première broche, un transfert sur une seconde broche et un usinage d'une deuxième partie de l' arbre suite au transfert sur la seconde broche. Le chargement et le déchargement des arbres pourraient être réalisés de manière automatique.

Claims (14)

  1. Procédé de réalisation d'un arbre de pivotement horloger en matière amagnétique et conductrice d' électricité au moyen d'une machine comprenant un organe de préhension rotatif (1) et un système d' usinage par électroérosion à fil (2) monté sur un actuateur à commande numérique (3), ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
    a. se doter d' une barre (4) de ladite matière s' étendant sur un axe longitudinal (A),
    b. agencer la barre (4) selon son axe longitudinal (A) sur l' organe de préhension rotatif (1),
    c. mettre la barre (4) en forme par usinage électroérosion à fil pour obtenir un arbre de pivotement horloger comprenant un pivot à chaque extrémité,
    l' étape c. comprenant la mise en rotation continue de la barre (4) autour de son axe longitudinal (A) pour la mise en forme desdits pivots.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre une étape d. de traitement de finition tribologique réalisée après l' étape c.
  3. Procédé selon l' une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite matière présente une dureté supérieure à 450HV, préférentiellement supérieure à 600HV.
  4. Procédé selon l' une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite matière présente une conductivité électrique supérieure à 1 S. m-1, avantageusement supérieure à 100 S.m-1
  5. Procédé selon l' une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite matière est choisie parmi les familles des aciers inoxydables austénitiques, des verres métalliques, des alliages à base tungstène, des matériaux intermétalliques ou des céramiques conductrices.
  6. Procédé selon l' une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l' arbre de pivotement horloger présente un pivot de diamètre compris entre 0.03mm et 0.20mm, avantageusement compris entre 0.04mm et 0. 09mm.
  7. Procédé selon l' une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l' étape c. comporte :
    - une mise en forme d' une première extrémité de l' arbre tandis que l' arbre est tenu par la machine du côté d' une deuxième extrémité de l' arbre,
    - la prise par la machine de l' arbre du côté de la première extrémité précédemment mise en forme, et
    - une mise en forme de la deuxième extrémité tandis que l' arbre est tenu par la machine du côté de sa première extrémité.
  8. Procédé selon l' une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l' étape c. comprend une ou plusieurs étapes d' usinage par électroérosion à fil, par rotation incrémentale de la barre 4, pour :
    - réaliser un ou plusieurs méplats ou une forme polygonale.
  9. Procédé selon l' une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil 2 présente un diamètre de 0.02mm à 0.30mm, préférentiellement de 0.02mm à 0.25mm, plus préférentiellement de 0.02mm à 0.15mm.
  10. Procédé selon l' une des revendications précédentes, caractérisé en ce la barre 4 de l' étape a. présente un diamètre compris entre 1,5mm et 3mm ; et une longueur comprise entre 1m et 3m.
  11. Procédé selon l' une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite matière est une céramique conductrice choisie par les céramiques ZrO2, Si3N4 ou Al2O3, enrichies avec une phase conductrice dispersée choisie parmi TiC, TiN, TiCN, WC et TiB2.
  12. Arbre de pivotement horloger réalisé par le procédé selon l' une des revendications 1 à 11 comprenant un pivot à chaque extrémité, le diamètre des pivots D étant compris entre 0.03mm et 0.20mm.
  13. Arbre de pivotement horloger selon la revendication précédente, comprenant une extrémité de pivot convexe présentant un rayon de courbure R compris entre D/2 et 0.5mm.
  14. Arbre de balancier selon la revendication 12, comprenant une extrémité de pivot plate ou convexe.
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