FR2476796A1 - Materiau composite pour organes de structure de machine-outil - Google Patents

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Abstract

COMPOSITION POUR UN ORGANE DE STRUCTURE DE MACHINE-OUTIL ET ORGANE OBTENU. ELLE COMPREND UNE SUBSTANCE NON METALLIQUE DANS LAQUELLE SONT REPARTIS DE MANIERE DISPERSEE DES OBJETS MASSIFS DISCRETS EN TANT QU'ELEMENTS DE RENFORCEMENT. LES OBJETS MASSIFS DISCRETS SONT PRESENTS EN UNE QUANTITE COMPRISE ENTRE 0,5 ET 30 EN POIDS. LA SUBSTANCE NON METALLIQUE EST PAR EXEMPLE DU CIMENT, DE LA CERAMIQUE OU DU BETON.

Description

L'invention concerne les b9tis de machines-outils et elle fournit plus
particulièrement une composition améliorée
pouil un organe de structure d'une machine-outil telle qu'une -
machine d'électro-érosion.
Jusqu'à maintenant les organes structuraux d'une ma- chine-outil, c'est-àdire la machine elle-même et des parties de celle-ci telles qu'une colonne, des châssis et bancr, ont été constitués d'un métal tel que de la fonte. Bien que la
composition structurale métallique fournisse de nombreu-
ses propriétés favorables telles que la rigidité, la résis-
tance à l'usure, la compatibilité à un traitement thermique localisé, l'usinabilité et la facilité d'assemblage, comme généralement souhaité pour des organes structuraux de machine,
elle présente aussi de nombreux inconvénients. Ainsi, un chan-
gement dimensionnel est provoqué thermiquement dans une struc-
ture métallique de machine-outil au cours du processus d'usi-
nage, et peut entraîner un effet critique sur la précision d'usinage et exiger. une isolation thermique et d'autres
contre-mesures compliquées qui augmentent le coGt de la machine-
outil. En outre, ces organes ont naturellement tendance à rouiller, ils absorbent mal les vibrations et nécessitent une
isolation électrique.
Un but important de l'invention est en conséquence de fournir une composition non métallique d'organes structuraux
pour un corps ou bâti de machine-outil ou des parties de celui-ci.
Un autre but de l'invention est de fournir un organe
structural de machine-outil ayant une composition non métalli-
que et unitaire.
D'autres buts de l'invention ressortiront de la des-
cription qui suit.
L'invention fournit une composition nouvelle pour un
organe structural de machine-outil, consistant essentielle-
ment en une substance non métallique, par exemple du ciment, de la céramique ou du béton, dans laquelle sont distribués de manière dispersée des objets massifs discrets,de préférence en
une quantité de 0,5 à 30% en poids, avantageusement pas supé-
rieure à 15% en poids,en tant qu'éléments de renforcement.Les
objets massifs discrets sont en un matériau choisi dans le grou-
pe comprenant les métaux,les alliages, le carbone,les cérami-
ques, les cermets et les matieres plastiques et ils peuvent être un oxyde (tel que SiO2 et A1203), un carbure (tel que B4C, SiC et TiC), un nitrure (tel que TiN et BN), un borure (tel que TiB2) et du diamant. Les matières plastiques peuvent 9tre du polypropylène, de la résine polyoxyméthylène, de la résine polyamide, de la résine nylon, de la résine époxy, ou de la résine polyéthylène. Les objets massifs discrets peuvent 6tre sous une quelconque forme telle que fibres, filaments, fils, copeaux, morceaux, fragments, corpuscules, écailles
ou paillettes.
De préférence, une portion de ces objets massifs dis-
crets est. en un matériau magnétique tel que Fe203 et Fe304
et, quand est formée la composition de la substance non mé-
tallique et des objets massifs discrets, par exemple par
cuisson ou durcissement, un champ magnétique doit être appli-
qué à la composition pour orienter magnétiquementcette por-
tion, pour améliorer l'état dispersé des objets distribués
et la rigidité structurale de renforcement de l'organe.
On a constaté qu'une composition essentiellement non métallique selon l'invention est remarquablement moins sujette à la déformation et à la vibration et qu'elle présente une dureté et une rigidité tout à fait satisfaisantes supportant une charge plus grande. En outre,la dilatation thermique est
remarquablement réduite par rapport à une composition métalli-
que. Un. organe structural de machine-outil extrêmement satis-
faisant est en conséquence fourni.L'organe est naturellement non
sujet à la rouille et il ne nécessite pas d'isolation électrique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, des
armatures de composition métallique, telles qu'en acier, peu-
vent 9tre noyées dans la substance non-métallique pour former
un squelette de l'organe structural de machine-outil.
Des formes de réalisations de l'invention seront mainte-
nant décrites à titre d'exemple, en liaison avec le dessin annexé, dans lequel:
- la figure 1 est une vue perspective représentant sché-
matiquement le corps d'un organe de machine-outil selon l'in-
vention, découpé et tranché en trois plaques pour la facilité de l'explication;
- la figure 2 est une vue similaire représentant schéma-
tiquement le corps d'un organe de machine-outil ayant une composition modifiée selon l'invention, découpé et tranché
3 2476796
en deux plaques;
- les figures 3 à 6 sont des vues similaires schémati-
ques d'autres formes de réalisation de l'invention;
- la figure 7 est un graphique montrant la courbe carac-
téristique de la charge en fonction de la flexion d'un corps structural ayant une composition selon l'invention; - la figure 8 est une vue perspective représentant
schématiquement un organe structural conformé selon l'inven-
tion;
- la figure 9 est une vue perspective représentant sché-
matiquement une structure d'armature destinée à être noyée dans un corps ayant ure composition selon l'invention, pour former l'organe de la figure 8; et - la figure 10 est une vue perspective schématique de
1' organe coupé suivant la ligne X-X des figures 8 et 9.
On se réfère à la figure 1.- A titre d'exemple, un corps ayant une composition conforme à l'invention pour constituer
un organe de structure de machine-outil, est représenté dé-
coupé et explosé en trois plaques 1, 2 et 3. Le corps consiste en un substrat 4, en une substance non métallique, par exemple du ciment, du béton ou de la céramique, des objets massifs
discrets 5 et 6 étant distribués de manière dispersée et uni-
forme dans tout le substrat 4. Dans le cas présent, les objets désignés par la référence 5 peuvent être des morceaux de fil métallique, par exemple en acier inoxydable,compris dans le corps pour une proportion de 0,5% en poids.Les objets désignés par la référence 6 peuvent être des corpuscules sphériques d'une céramique constituée par exemple de nitrure de titane et
compris dans le corps pour une proportion de 0,5% en poids.
La composition est disposée dans un moule adéquat puis durcie lorsqu'il s'agit d'un substrat 4 en ciment ou béton, ou cuite quand il s'agit d'un substrat 4 en céramique. Quand ces objets massifs 5 et 6 sont présents en une quantité de 4% en poids, on a constaté que la résistance à la flexion du corps est
multipliée par 6 et plus.
Le corps représenté à la figure 2 tranché en deux mor-
ceaux 31 et 2 fait application, en tant qu'objets massifs discrets, de corpuscules métalliques 5, de corpuscules céramiques 6, de
morceaux de fibres d-e matière plastique.8 et de fibres de matiè-
re plastique allongée 18, distribuées uniformément dans le subs-
trat 4 qui, là encore peut etre du ciment,de la céramique ou du béton. Ces objets sont mélan-gésau substrat lorsqu'il-'est à
l'état semi-fluide, aeant cuisson ou durcissement. De tels mor-
ceaux 1, 2 peuvent tout d'abord être fabriqués en grande quan-
tité, être entassés et enfin cuits ou liés au ciment. Le corps représenté à la figure 3 contient, outre les
morceaux de fil métallique 5, des copeaux ou frisures métalli-
ques 9A et 9B en tant qu'objets massifs discrets, alignés régulièrement dans le substrat non métallique 4. Quand les copeaux ou frisures métalliques 9A et 9B sont magnétiques, un champ magnétique externe peut être appliqué au corps pendant ou avant la cuisson ou la prise, pour les orienter magnétiquement. On a constaté qu'un corps réalisé avec des
objets magnétiques et sous un champ magnétique voit sa résis-
tance à la flexion accrue jusqu'à 20% dans la direction nord-
sud des pôles.
Dans la forme de réalisation représentée à la figure 4,
une multiplicité de corps 10,formés individuellement et;consis-
tant chacun en un substrat non métallique dans lequel sont liés au ciment ou cuits -ensemble pour former un corps uni ire 1-, 2,
3, puis les corps 1, 2, 3 sont disposés transversalement l'un.
par rapport à l'autre et cuits ou liés au ciment pour former un seul corps. La figuré 5 montre un corps consistant en le
substrat non métallique 4 dans lequel sont distribués des cor-
puscules métalliques 5 et des fibres 7 de matière plastique, de céramique ou de métal," qui est pris en ciment ou cuit. La
figure 6 montre un corps constitué par le substrat non métalli-
que 4, dans lequel sont distribués uniformément des corpuscules de métal, de céramique et de matière plastique sous la forme de
morceaux de fils et de sphères 5 et 6 cuits ou pris. Une ma-
tière plastique occupe généralement un volume plus grand qu'un métal ou une céramique pour une proportion en poids
donnée. Il s'est confirmé que ces fibres,copeaux -
et fragments, quand ils sont ajoutés, augmentent notablement la résistance de liaison -interne du substrat
non métallique.
Exemple 1
Des éprouvettes contenant des fibres de métal ferreux en quantité variable dans un-ciment portland, sont préparées,
et on constate qu'elles ont une résistance à la flexion aug-
mentée, comme on peut le tirer du tableau suivant:
Eprouvette N0 Quantité de fibres Coefficient multi-
métalliques (% en plicateur de la poids) résistance à la I flexion référence 0 1
N01 1 3.2
N02 2 6.5
N03 -4 6.8
N04 4(a) 8.2
(à) un bhamp magnétique est appliqué en cours de dur-
cissement. La relation entre la charge et la résistance à la flexion pour l'éprouvette N04 est portée sur le graphique de la figure
7. Les fibres métalliques ferreuses sont fournies par le tour-
nage d'une pièce d'acier magnétique. L'éprouvette présente une tige carré de 10 mm d'épaisseur et de 30 mm de long, et elle est supportée pour être libérée à ses deux extrémités des
charges variables appliquées en son centre.
La figure 8 représente un organe 20 monobloc formant
tête, colonne et banc de machine-outil,monté fixe par une pla-
que 21 sur une embase 22 de machine-outil. L'organe 20 pré-
sente une partie 23 formant tête, une partie 24 formant co-
lonne et une partie 25 formant banc, constituées monobloc -en une substance 26 non métallique dans laquelle sont distribués uniformément des objets massifs discrets 27, 28, 29 et 30 (figure 10). En outre, un squelette 31, formé par des armatures métalliques 32, comme représenté à la figure 9, est noyé dans le substrat 26 non métallique. En fabrication, les armatures 32 sont assemblées sur la plaque de base 21 (figure 9) et elles sont fixées au point de jonction 33 pour former le squelette 21. Un moule (non représenté) est préparé et le squelette 31 y est fixé. Un mélange de précurseurs de ciment, de béton ou de céramique 26 et d'objets massifs discrets 27, 28, 29 et 30 est versé dans le moule, puis cuit ou laissé prendre. Par exemple, les objets 27 peuvent être des morceaux de fil d'acier inoxydable, les objets 28 des
corpuscules de silice, les objets 29 des corpuscules de ni-
trure de titane et les objets 30 des fibres de nylon; le
substrat 26 est un béton de ciment.
Exemple II
On prépare un mortier 26 semi-solide de ciment en ajou-
tant à un mortier de béton au ciment une quantité de 1,5% en poids de corpuscules en nitrure de bore et une quantité appropriée d'émulsion d'acrylate. On incorpore ensuite au mortier 26 de ciment semi-solide, 5% en poids de morceaux de fil 27 d'acier inoxydable ayant chacun un diamètre de 3 mm et une longueur de 50 mm,5% en poids de corpuscules 29 d'alumine ayant une dimension particulaire de l'ordre des microns, 3% en poids de filaments fragmentés 30 en résine polyéthylène ayant chacun un diamètre de 0,2 mm et une longueur comprise entre 20 et 70 mm, et 2% en poids de copeaux 27 de graphite. Le béton au ciment réenforcé qui en résulte a une
résistance à la rupture de 30j1 C1i;. Quand un champ magné-
tique de 79600 A-t/m est appliqué au mélange préparé, au cours du processus de prise du ciment, la résistance à la rupture est
augmentée jusqu'à 4!2 tiPCLz.
La composition structurale pour machine-outil selon l'invention fournit de nombreux avantages importants, parmi lesquels certains peuvent être résumés comme suit: 1) la dilatation thermique et la contraction, s'il y a lieu, est extrêmement stable, 2) le pouvoir d'amortissement des vibrations est accru de plus de 50%, 3) la stabilité se maintient sur une période de temps prolongée et 4) la fabrication est
extrêmement aisée.
La distribution d'objets massifs discrets dans la subs-
tance non métallique peut être réglée d'une manière quelconque.
Par exemple, des objets discrets en un matériau à bas coefficient de friction, tel que le nitrure de bore, peuvent être répartis avec une concentration plus grande dans la zone superficielle d'un organe ou corps, de sorte que cette zone peut fournir une excellente surface de glissement. Il est aussi avantageux que des copeaux métalliques soient répartis
avec une plus grande concentration dans une portion d'un élé-
ment sur laquelle un autre organe est destiné à être monté.
L'invention fournit ainsi une composition améliorée d'organe structural de machine-outil, en particulier pour
des machines telles que des machines d'électro-érosion desti-
nées à être opératoires pendant une durée prolongée.

Claims (13)

REVENDICATIONS
1.- Composition pour un organe de structure de machine-
outil, caractérisée en ce qu'elle comprend une substance non métallique dans laquelle sont répartis de manière dispersée des objets massifs discrets en tant qu'éléments de renforcement.
2.- Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que les objets massifs discrets sont présents en une
quantité comprise entre 0,5 et 30% en poids.
3.- Composition selon la revendication 2, caractérisée
en ce que ladite quantité n'est pas supérieure à 15% en poids.
4.- Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que la substance non métallique comprend au moins un
matériau choisi dans le groupe formé par le ciment, la céra-
mique et le béton.
5.- Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que les objets massifs discrets sont au moins en partie en un matériau choisi dans le groupe formé par les métaux, les alliages, le carbone, les céramiques, les cermets et les
matières plastiques.
6.- Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que les objets massifs discrets sont au moins en partie en un matériau choisi dans le groupe formé par un oxyde, un
carbure, un nitrure, un borure et le diamant.
7.- Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que les objets massifs discrets comprennent au moins en partie du polypropylène, de la résine polyoxyméthylène, de la résine polyamide, de la résine nylon, de la résine
époxy, et de la résine polyéthylène.
8.- Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que les objets massifs discrets sont sous forme de fibre, de filament, de fil, de copeau, de morceau, de fragment ou de corpuscule.
9.- Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que les objets discrets comprennent des corps en matériau
magnétique.
10.- Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que des cadres ou armatures en matériau métallique sont noyés en tant que squelette dans la substance non métallique
pour former ledit organe.
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11.- Organe de structure, en particulier pour chassis, bâti ou banc de machine-outil, caractérisé en ce qu'il est en un matériau ayant une composition selon l'une quelconque des
revendications 1 à 10.
12.- Organe de machine-outil comprenant un support
comprenant un banc, une colonne s'étendant vers le haut à par-
tir dudit banc et une tête s'étendant transversalement à partir de la colonne, caractérisé en ce que le support est réalisé de façon unitaire à partir d'une masse non métallique dure choisie parmi le groupe comprenant le ciment, la céramique et le béton, et en ce que, dans ladite masse, sont dispersés
et noyés de 0,5 à 15% en poids d'objets massifs discrets choi-
sis parmi le groupe formé par les métaux, le carbone, les céramiques, les cermets et les plastiques de façon à empêcher de donner à la masse une conductivité thermique et électrique substantielle.
13.- Organe de machine-outil selon la revendication 12,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre un squelette métal-
lique noyé dans ladite masse et s'étendant dans la tête, la
colonne et le banc.
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