FR2557487A1

FR2557487A1 - Procede et appareil pour usiner des pieces en ceramiques

Info

Publication number: FR2557487A1
Application number: FR8413202A
Authority: FR
Inventors: Kuniaki Watanabe
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1983-12-29
Filing date: 1984-08-24
Publication date: 1985-07-05
Anticipated expiration: 2004-08-24
Also published as: DE3431230A1; US4650619A; GB8421359D0; GB2151978B; DE3431230C2; FR2557487B1; GB2151978A

Abstract

LE PROCEDE POUR USINER UN ORGANE EN CERAMIQUE CONSISTE A FORMER DES CANAUX D'ALIMENTATION DE GAZ DANS LEDIT ORGANE EN CERAMIQUE EN L'IRRADIANT AVEC UN FAISCEAU LASER. DANS L'APPAREIL, LES FAISCEAUX 25 EMIS PAR LE LASER SONT CONCENTRES PAR UN OBJECTIF 25 SUR UN FOYER 3. LORSQUE LE FAISCEAU LASER A UNE INTENSITE SUFFISANTE, UNE FENTE OU AUTRE PEUT ETRE INTERPOSEE SUR LE TRAJET OPTIQUE DE CEUX-CI, AFIN D'EN RESTREINDRE LA LARGEUR. UNE BUSE 5 COMPRENANT UNE BASE 27 RENFERME UNE LENTILLE 2 ET PRESENTE UN TROU D'INTRODUCTION DE GAZ 6, UNE PARTIE DE DIAMETRE REDUIT 26 POUR GUIDER LE GAZ AINSI INTRODUIT ET UNE OUVERTURE DE SORTIE 24 PAR LAQUELLE SORTENT LES FAISCEAUX LASER FOCALISES ET LE GAZ INTRODUIT.

Description

PROCEDE ET APPAREIL POUR USINER DES PIECES EN CERMIOUE

La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil po-ur former des canaux d'alimentation de gaz dans un

organe en cranique et concerne plus particulièrement un pro-

cédc et un appareil pour former des canaux d'alimentation de gaz dans une plaque fixe ou dans une plaque coulissante d'un organe en c'ramique destiné à être utilise dans une vanne d'évacuation d'un metal en fusion fixée à la partie inférieure d'une poche ou d'un entonnoir lorsqu'il s'agit de couler des

m'taux en fusion.

L-rsce l'on coule des aciers en fusion dans un pro-

c-d-c de coule continue traditionnel, un dispos-tif d''vacua-

tion d métal en fusion comprenant une plaque --e et une pla-

que coulissante est fiZ: à la base d'u-e poche ou d'un enton-

noir recevant le mtal en fusion, et on règle le debit de

l'acier en fusion en déplaçant la plaque coulissante par rap-

port à la plaé.-. ixe en ouvrant ainsi plus ou moins l'ouver-

ture d'évacuation de l'acier. Dans le dispositif d'évacuation de mtal en fusion ci-dessus, on introduit un cazinerte tel que l'argon par de petits trous formes dans la plaque fixe ou dans la plaque cculissante dans le passage de l'acier en fusion, afin d'éviter qua celui-ci soit obstrue par la eolidification de l'acier e:-. fusion et/ou par des dépôts d'ozvdesde métaux

Le1s que A1, i, Ca, C r, I'n, Si ou 1.i.

On introduit le gaz inerte, par e:emple, en disposant bn ongn''-== perc ' u organe d'alime.tation erc d'un certain nombre de petits trous avan' cnac-n un. d-amÄtre de 0,1 à 1 mm, ou un organe

d'alimentation perc' d'un certain nombre de fentes a, ant cha-

cune une section rectanculaire, dans une position prédéter-

min'e. Les petits trous ou les etites fentes ont été fo es dans la plaque en plaçant auparavent des cartons ou des fils de chlorure de %vinyle a des positions prédéterminées dans une masse r'fractaire pendant le moulage de la plaque, puis en les brûlant au cours d'une étaDe de ittage ou de combustion,

ou e:- les formant =_r n o6ation de perçage apre s le frit-

tage.

Toutefois, la production des petits trous ou des petites fentes grâce aà des cartons ou à des fils de chlorure de vinyle, a le défaut que les petits trous ou les petites fentes ne traversent pas toujours la plaque complètement, que le diam-ètre de chacun de ces trous peut éventuellement varier en rendant irr'gulière la distribution du gaz, à quoi s'ajoute que l'opération est très laborieuse. D'autre part, l'opératiDn

de perçage est très longue et difficile lorsqu'il s'agit d'usi-

ner une matière épaisse, ce qui rend l'usinage encore plus coûteux.

La présente invention a pour but de fournir un pro-

cédé pour former avec précision de petits trous, par exemple, de petits trous ayant une section circulaire ou des fentes

avant une section rectangulaire destin-' à constituer des ca-

naux d'aliment aon de caz dans une plaque en céramîque, par

exemple, dans un organe c'alimentation de caz adapte à une pla-

vue fixe, ou dansnuie placue fixe ou coulissnte elle-même d'-une

vanne d''vacuatio' de matal en fusion.

Les buts ci-dessus peuvent être attef*nts selon l'in-

vention par un proc'-dé pour usiner an organe en c ramique qui consiste à former des canaux d'alimentation de gaz dans un organe de céramique en irradiant cet organe avec des faisceaux laser. L'organe de crarmlque est, de pr-f'rence, une plaque

coulissante ou fixe d'une vanne d'évacuation de méAtal en fusion.

L'étape d'irradiation avec le faisceau laser comporte,

de préférence, une focalisation des faisceaux d'irradiation.

L'irradiation avec le faisceau laser comporte, de

préférence, une déviation ou une dèflexion dudit faisceau.

Le procéde comporte, de préférence, également une étape consistant à insuffler un gaz dans l'organe de céramique irradié par le faisceau laser, afin d'en expulser la partie en

fusion de l'organe de céramique.

Pour former les canaux d'alimentation de gaz dans l'organe de céramique en l'irradiant avec le faisceau laser, on déplace, de préférence, l'organe de céramique en maintenant le disposit:f d'irradiation fixe et en projetant le faisceau laser après qhaque déplacement de l'organe de céramique,afin de former un certain nombre de canaux d'alimentation de gaz

dans ce dernier.

Pour former les canaux d'alimentation de gaz dans l'organe de céramique, on peut également d6placer le faisceau d'irradiation en maintenant l'organe de céramique dans une position fixe et en l'irradiant après chaque déplacement du dispositif d'irradiation, afin de former un certain nombre

de canaux d'alimentation de gaz dans l'organe de céramique.

De pr-ference, on imprègne l'organe de c6ramique avec une composition destinée à éviter que le faisceau laser soit rfl!chi au moment de l'irradiation, avant que l'organe de

c'2ran-que sait irradie avec le faisceau laser.

De pref6rence, la composition d'imprégnation utilise

contient un '-oufron ou une poix.On impr5cne l'orgare de c2ra-

mizEe avec le co"d-oi ou la poix dans une proporto on:ale ou

f4rie re à -;5%" en poids.

U-n autre u% de l'invention est de fourntr fun appa-

feal po'r 1a m _se en pratique Mu proc(fe dccrit ci-desesus _e b' peut rtre atteint seon l'invention avec un apparetl po-r -ziner un orcane en ccramique qui comprend x=e source capable d'émettre un faisceau laser; des moyens pour focaliser le faisceau laser émis par ladite source et un moyen pour enfermer ou encercler la trajectoire optique du faisceau laser focalisa, qu- comprend:

une partie de base incluant lesdits moyens de foca-

lisation dispos-s à l'intrieur de celle-ci et ayant un trou d'2%-:roducion fe Daz a une position qui est plus proche de l'organe de céramique que des moyens de focalisation, afin gvacuer la partie de l'organe de ceramique qui a été fondue par le faisceau laser de la partie restante de l'organe de ceramique, une partie de diamtre réduit s'étendant de la partie de base, et dont le diamètre a été réduit afin de guider le

caz introduit par le trou d'introduction de l'organe de céra-

m!que et une ouverture de sortie disposée à l'extrémitA sup--

rieure rétrécie de la partie de diamarre rduit, afrin de per-

mettre au fa-sceau laser focalis' de sortir et au gaz d'être

introduit par le trou d'introduction.

Avec le procédZ et l'appareil de l'invention, des canaux d'alimentation constitués par de petits trous ou par d'étroites fentes ayant, par exemple, environ 0,2 1 mm peuvent être formés rapidement et uniformément dans un organe

de céramique. Etant donné que les trous sont produits dans l'or-

gane de céramique en enlevant une partie de celui-ci par fu-

sion en l'irradiant avec le faisceau laser en accord avec l'in-

vention, la surface usinée, c'est à dire, la paroi circonfé-

rentielle intérieure et la surface située au pourtour du trou

est produite par fusion, de sorte que sa résistance à la cor-

rosion due au contact avec l'acier en fusion, se trouve être

améliorée, comparativement à la technique antérieure. Pour en-

lever ou disperser la partie fondue, un gaz peut être injecté dans l'organe de céramique. Toutefois, lorsque la partie fondue

est dispersée automatiquement par le rayon laser, cette insuf-

f-lation peut être Économisée. Le centre du courant de gaz de-

vant être insufflé dans la partie fondue peut être dévié du centre du faisceau laser d'irradiation et, en outre, le gaz insufflé pourrait être chauffé. Le gaz utilisable à cette fin comprend les gaz inertes tels que l'argon et l'azote, ainsi que les gaz

non-inertes comme l'oxygène, suivant le cas.

On imprègne l'organe de céramique devant être usiné

avec une matière goudronneuse (goudron ou poix), avant l'irra-

diation par le faisceau laser. Le fait d'imprégner l'organe

de céramique avecite matière goudronneuse a pour effet d'aug-

menter la durabilité de l'organe d'alimentation de gaz usiné

ou de la plaque coulissante usinée, car les composants vola-

tils de la matière goudronneuse qui sont volatilisés à la tem-

pérature régnant pendant l'évacuation du métal en fusion, pro-

tègent la surface de l'organe de céramique, tandis que les com-

posants résiduels, restés dans les pores de l'organe de céra-

mique après que les composants volatils se sort volatilisés, empêchent le métal en fusion de pénétrer dans les poees de celui-ci. De plus, l'imprégnation avec une matière goudronneuse rend l'organe de céramique plus facilement usinable, car la chaleur rayonnée par le faisceau laser est absorbée en partie par l'organe de céramique devant être usiné, ce qui résulte

du fait que la noirceur de l'organe de céramique a été aug-

mentée et qu'on a empêché que le faisceau laser soit réfléchis D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

ressortiront de la description qui va suivre, en référence aux

dessins annexes, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un dispositif laser conforme à un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un dispositif laser conforme a un autre mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 3 est une vue en coupe schématique montrant certains détails du dispositif laser de la figure 2;

les figures 4 et 5 s'nl' des vues en coupe reprJsen-

tant respectivement un premier et un second modes de r-alisa-

tion d'une vanne d'évacuation de métal en fusion comportant

des orcanes enr. cérami usin<s par le disposi Sf laser re-

présenté sur la figure 1; et, les ficures $ e 7 sont des vues en coupe schm-at--ique d'un troisième et d'un quatrième modes de réalisation d'une

vanne d'évacuation de métal en fusion comportant respective-

ment des organes en céramique usinés par le dispositif laser

représenté sur la figure 2 et sur la figure 3.

La figure 1 représente un laser à CO2 en temps que mode de réalisation préfert de l'invention. Ce laser à CO2 pourrait être remplacé par un laser à YAG ou autre,à condition qu'il produise un faisceau suffisamment puissant. Les faisceaux émis par le laser sont concentrés par un objectif 25 sur un foyer 3. Lorsque le faisceau laser a une intensité suffisante, une fente ou autre peut être interposée sur le trajet optique

de ceux-ci, afin d'en restreindre la largeur. Une buse 5 com-

prenant une base 27 renferme une lentille 2 et présente un trou d'introduction de gaz 6, une partie de diamètre réduit

26 pour guifer le gaz ainsi introduit et une ouverture de sor-

tie 24 par laquelle sortent les faisceaux laser focalisés et le gcaz introduit. Le foyer 3 est situé à l'intérieur d'une pièce 4 de cramique, par exemple, d'un disque d'alimentation de caz mon- sur une plaque fixe d'un coulisseau q*ui commande

l'Ivacuation d'un m-tal en fusion. Les faisceau:: laser focali-

sés 23 projetés sur la surface extérieure 21 de la pièce 4 forment dans celle-ci, un petit trou 22 appelé à constituer un canal d'alimentation de gaz. En désignant la profondeur focale H comme la distance entre la surface extérieure 21 de la pièce 4 et le foyer 3, et en désignant le diamètre du petit trou 22 par h, comme représenté sur la figure, on voit que le diamètre h s'agrandit en même temps que la profondeur focale H et qu'il faut beaucoup plus de temps pour former le trou puisque la

densité du faisceau laser diminue. De préférence, la profon-

deur focale H pour former le petit trou 22 constituant le ca-

nal d'alimentation de gaz, est comprise entre 0 et 10 mm.

La profondeur focale H pourrait être changée à chaque émission

du rayon laser.

Avant d'être irradiée par le faisceau laser, on im-

prègne la pièce 4 avec une matière goudronneuse. L'opération d'imprégnation pourrait, le cas échéant, être répétée deux fois ou plus en répétant le cycle comprenant une imprégnation sous vide et une cuisson, c'est à dire, que l'on répète deux fois ou plus la procédure consistant à tremper la pièce de céramique dans le bain contenant la matière goudronneuse, à

retirer cette pièce du bain et à lui faire subir une cuisson.

D'autres résines liquides pourraient être utilisées pour l'im-

prégnation. La matière d'imprégnation représente, de préférence, jusqu'à 15% en poids. Lorsque la matière d'imprégnation dépasse % en poids, la conduction thermique de la pièce de céramique augmente. Dans ce cas, la chaleur dégagée par le faisceau laser se disperse dans le corps de céramique au lieu de se concentrer

sur la partie de celui-ci devant être usinée. Dans ces condi-

tions, l'usinage du petit trou ou de la petite fente désiré

devient difficile.

Le trou pour introduire le gaz auxiliaire 6 qui est

dispos à la base 27 de la buse 5 a pour but de protéger l'ob-

-ctif 2 et à disperser la matière en fusion de la pièce 4.

Parmi les gaz au:niliaires utilisables ici, on peut citer l'a-

zote, l'oxl'gnen, l'air, etc., l'azote et l'air étant pré:f-res.

ep 2

Te -'ut est, -e prérence, compris entre 30 et 150 litres/min.

corsque le db--it est inférieur à 30 litres/min.,la dispersion de

la matière en fusion devient insuffisante, ce qui détériore le -

rapport d'ouverture du trou (c'est à dire, le rapport entre le nombre des cycles d'irradiation nécessaire pour que le faisceau laser perce le trou, par rapport au nombre de trous formés)+

par contre, lorsque le débit dépasse 150 litres/min., la disper-

sion devient excessive, ce qui se traduit par un agrandisse-

me:.t indésirable du diamètre du perçage. Le gaz auxiliaire pour-

rait être iitroduit soit en continu, soit de façon intermitten-

te, à chacque mission du rayon laser.

Il faut que les faisceaux laser utilisés dans le pro-

cédé et dans l'appareil de l'invention aient une puissance moyenne sup'rieure à 200 W,car une plus faible puissance se

traduit par une prolon7ation indésirable du temps d'usinage.

Il est Acalemext préférable que la puissance du faisceau ne dépasse pas ' kU, la fréquence ëtant comprise entre 50 et Hz et la durée des impulsions entre 3 et 10 ms. En dehors des limites spécifiées ci-dessus, on ne peut pas obtenir une température appropriée à la surface devant être usinée, un temps plus long est nécessaire pour former les trous et le

rapport d'ouverture des trous devient également plus mauvais.

De préférence,la longueur focale de l'objectif 2 se situe entre 12,7 et 45,7 mm, car au-dessous de 12,7 mm, le rapport d'ouverture des trous est réduit par suite de la défocalisation, tandis que, lorsqu'elle dépasse, au contraire, ,7 mm, la densité du faisceau laser 1 diminue,de sorte qu'il

faut plus longtemps pour former les trous.

Bien qu'il soit souhaitable de réduire le plus possi- ble la distance entre la surface extérieure 21 de la pièce 4 et l'orifice 24 de la buse, il est à noter que lorsque cette

distance est inférieure à 2 mm, l'objectif risque d'être conta-

miné ou détérioré par les projections de matière en fusion se produisant dans la buse 5. En conséquence, cette distance est,

de préférence, comprise entre 2 mm et 15 mm. Par contre, lors-

que cette distance dépasse 15 mm, la dispersion de la matière en fusion décroît, ce qui réduit le rapport d'ouverture des trous. Les faisceaux laser 25 opèrent généralement en monomode ou en multimode, le premier étant préféré pour produire de

petits trous.

En faisant tourner la pièce 4 autour de son centre, pendant que la source de rayons laser 1 reste fixe, on forme

un certain nombre de petits trous 22 le long de la circonfé-

rence de la pièce 4. Par contre, si on déplace la pièce 4 dans la direction de sa hauteur, on produit un certain nombre de petits trous 22 le long de la hauteur de celle-ci. De plus, lorsqu'on combine les mouvements de rotation et de déplacement dans la direction de la hauteur de la pièce 4, on peut former le nombre voulu de petits trous 22 aux emplacements désirés de la surface extérieure 21. Au lieu de faire tourner ou de déplacer la pièce 4, on pourrait déplacer le dispositif laser 1 tout en maintenant la pièce 4 immbbile, en projetant ainsi les faisceaux 23 sur les emplacements o on désire former les

petits trous 22.

La section de chacun des petits trous 92 destiné à

jouer le r8le d'un canal d'alimentation de gaz est, de préfé-

rence, une section circulaire avec un diamètre de 0,2 à 1 mm.

La section pourrait aussi avoir une forme elliptique ou n'im-

porte qu'elle autre configuration.

Au lieu de petits trous, on pourrait également former

des fentes ayant une section rectangulaire.

Bien que l'exposa ait été fait en prenant pour exem-

ple le cas o la pièce 4 est un organe d'alimentation de gaz en forme de disque associé à la plaque fixe d'un obturateur à coulisse pour évacuer un métal en fusion, la pièce 4 pourrait aussi être une plaquette coulissante.

La figure 2 représente un dispositif laser 31 compor-

tant un prisme 8 en tant qu'organe de déviation pour usiner des petits trous 9 dans la paroi circonf6rentielle 32 d'un orifice 7 d'une plaque fixe d'une vanne destinée à évacuér un métal en fusion. Dans le dispositif laser 31 représenté, les faisceaux laser 25 sont réfléchis par le prisme 8 disposé dans l'orifice 7 d'(vacuation du m-tal en fusion d'une pièce 4 (plaque fixe), afin de percer de petits trous ou de petites fentes 9 entre la pareo circon_:rentielle 32 et l'intrieur de l'orifice ', par lequel le m-%al en fusion est Évacué. Comme moyens de d6fle::ion,

on pourrait utiliser, la place du prisme C, un miroiro La rL -

f;rence 10 drsigne une zone de r.gularisation de la pression gazeuse et la référence 11 désigne un canal d'introduction de

gaz. La pression du gaz introduit par le canal 11 est régula-

risce dans la zone 10. La zone de régularisation de la pression gazeuse communique avec les petits trous 9 usinés,ceime il est

décrit ci-dessus, afinr. d'introduire le gaz dans l'orifice d'é-

vacuation du métal en fusion 7, par les petits trous 9.

La figure 3 représente les détails du dispositif laser 31 incluant le prisme C comme moyen de déflexion. Le dispositif

laser 31 comprend une lentille (ou un objectif) 2 pour focali-

ser le faisceau laser 25 émis par une source Appropriée, et un prisme 8 pour dévier le faisceaux laser 23a focalisé par la lentille 2. Le prisme 8 et la lentille 2 sont enfermés dans une buse 33 ayant une partie de trajectoire rectiligne 34, une partie de déflexion 35, une partie de diamètre réduit 36, un

trou d'introduction de gaz 37 et une ouverture de sortie 38.

La buse 33 est disposée de telle manière que l'axe A. de la partie rectiligne 34 est aligné avec le centre de l'orifice d'évacuation du métal en fusion 7. Le foyer 3 du faisceau laser focalisé 23b est situé à l'intérieur de la plaque fixe de la vanne d'évacuation du métal en fusion qui peut être une pièce 4, et de petits trous 9 sont usinés à partir de la surface nO

intérieure 32 de la pièce 4, en direction de la zone d'égalisa-

tion des pressions 1O, qui communique avec le canal d'intro-

duction de gaz 11. Un certain nombre de ces petits trous 9 peu-

vent être usinés soit en déplaçant la pièce 4 et en maintenant le dispositif laser 31 fixe, ou bien en déplaçant ce dernier,

tandis qu'on maintient la pièce 4 immobile. La référence 40 dé-

signe une plaque de verre pouvant être traversée par le fais-

ceau laser 23b et qui est destinée à protéger l'espace de dé-

flexion. La plaque de verre 4o pourrait être supprimée.

Les figures 4 à 7 représentent la vanne d'évacuation du métal en fusion comprenant des plaques fixes 13, 15 et une plaque coulissante 14 usinée par le procédé et avec l'appareil

de l'invention.

La figure 4 montre une vanne comportant un organe d'alimentation de gaz 12 adapt_ à une plaque fixe 13 et qui est percé de petits trous 22 produits par le dispositif laser représenté sur la figure 1. L'organe d'alimentation de gaz 12 est généralement fixé au corps 13a de la plaque fixe par du ciment ou des moyens analogues. Les petits trous 22 communiquent

avec un trou ou un canal d'introduction de gaz Il par l'inter-

médiaire d'une zone de régularisation de la pression 10 formée

dans le corps 13a de la plaque fixe.

L'organe d'alimentation de gaz 12 et le corps 13a de la plaque fixe sont moulés respectivement en formant un corps non-usiné 12 et un corps de plaque fixe non-usiné 13a, au moyen d'une presse hydraulique après qu'on a mélangé et pétri de la

poudre d'alumine. On fait subir aux ébauches moulées, mais non-

usinées du corps d'alimentation de gaz 12 et du corps 13a de la plaque fixe, un frittage à une température d'environ 1 600"C, après dessiccation, de façon à réduire leur teneur en eau à moins de 1%. Ensuite, les corps non-usinés frittés du corps d'alimentation de gaz 12 et du corps 13a de la plaque fixe sont respectivement imprégnés avec 5% en poids d'une matière goudronneuse. Ensuite, les corps non-usinés et imprégnés du corps d'alimentation de gaz 12 et du corps de la plaque fixe sont chauffés respectivement à une température d'environ 3000C, puis sont traités mécaniquement, afin d'en enlever les matières ui adhèrent à leur surface. Après ce traitement mécanique, on produit une cavité 13b ayant une ouverture 13c dans le corps 13a de la plaque fixe non-usinée, afin de produire le

corps d'alimentation de gaz usinâ 12. Pour obtenir les pro-

priétés de glissement et d'étanchéité désirées pendant l'uti-

lisation de la plaque fixe comme vanne, on soumet la surface

de la plaque fixe 13 qui est au contact de la plaque coulis-

sante 14 à un usinage au moyen d'une lame diamantée. On irra-

die le corps non-usiné traité mécaniquement de l'organe d'ali-

mentation de gaz 12 avec un laser à CO2 en réglant la puissance

0 I

à 00 ',, la fréquence a 50 Hz et en ajustant la longueur focale de 'o:jecif à 25 mn, la profondeur focale à partir de la surface a3 $ m et la distance entre la surface extrieure 21 ce la pièce,A et l'extrcmtZ superieure de la buse à 6 mm,

en opJrant avez uni c-Éiz ce gaz N2 de 70 litres/min. à une pres-

sion de 4 kz/cm2, en tant ue ca auxiliaire. En oDpérant comme il est indiqu" ci-dessus, on obtient un organe d'alimentation de gaz 12 percé de 50 petits trous ayant chacun un diamètre moyen de 0,3 rm. Une plaque fixe 13 est produite en plaçant

l'organe d'alimentation de gaz usiné par laser 12 dans la ca-

vité 13b du corps 13a de la plaque fixe.

La figure 5 représente un obturateur de vanne dans

lequel l'introduction du caz s'effectue par une plaque cou-

lissante 14. Entre la plaque fixe supérieure 13 et la plaque

inférieure fixe 15, est inte_-rpos.e une plaque coulissante 14.

Ur.: trou 1l pour l'introduction du gaz est formé dans la plaque

coulissante 14 et une zone d'égalisation 17 est formée à l'ex-

trémité sup'rieure du trou 16. De plus, un certain nombre de petits trous 1ú ont été formés dans la plaque coulissante 14 par le dispositif laser 1 représent' sur la figure 1. Quand

la plaque coulissante 14 ferme l'orifice d'évacuation 7 du mé-

tale. fusion, les petits trous 18 situés à la base dé l'orifice 7 projettent un jet de gaz dans le métal en fusion, de la même

manière que les petits trous 22.

La figure 6 représente une vanne comportant une plaque fixe 13 dans laquelle de petits trous 9 ont été usinés par le

dispositif laser 31 représenté sur les figures 2 et 3. Les pe-

tits trous 9 communiquent avec un orifice d'évacuation de métal en fusion 7 comportant un trou ou un canal d'introduction de gaz 11 aboutissant à une zone d'égalisation de la pression 10

située dans la plaque fixe 13.

La figure 7 montre une vanne comportant une plaque fixe 13 dans laquelle des fentes 19 ont été usinées au lieu de petits trous. L'invention va être précisée maintenant au moyen de quelques exemples:

Exemple 1:

On usine de petits trous à partir de la surface ex-

térieure dans un organe d'alimentation de gaz annulaire pré-

paré en faisant subir un frittage à un organe de céramique à forte teneur en alumine (ayant 15 minm d'épaisseur) en utilisant un laser à CO2 dont on règle la puissance moyenne à 500 W, la fréquence d'oscillation à.OO Hz et la durée des impulsions à 5 ms, en ajustant la longueur focale de l'objectif à 25 mm, la profondeur focale (à partir de la surface de la pièce) à m et la distance entre la surface de la pièce et l'extré- mité supérieure de la buse à 5 mm, et en opérant avec un débit de gaz N2 de 70 litres/mn sous une pression de 3 kg/cm, en

tant que gaz auxiliaire.

Après avoir ainsi percé dcnquante trous, on a constaté que le temps moyen nécessaire pour percer un trou était de 1 s et que les cinquante trous avaient tous un diamètre moyen de

0,3 mm et étaient percés de part en part.

Exemple 2:

On produit des petits trous dans uncrgane d'alimen-

tation de gaz annulaire préparé par frittage d'un organe de

céramique ayant une teneur élevée en alumine (de 15 mm d'épais-

seur), semblable à celui utilisé dans l'exemple 1, mais en faisant varier la puissance moyenne du laser, sa fréquence, la longueur focale de l'objectif, la profondeur focale, la distance à l'extrémité supérieure de la buse, le débit du gaz

auxiliaire et la durée d'irradiation, comme l'indique le ta-

bleau 1 ci-après.

TABLEAU 1

Distance Longueur entre la Débit Puissance focale surface de Profon- du gaz Temps Dlamètre Rapport foc 'rale du tru a 'uzr

Xe "yenne Fréquence de 'ob- la pièce et deur auxiliaire d'rra- du trou d'ouver-

A(W) (z) if l'extrémité focale it dition (mm) ture du supérieure (mm) in (sec.) trou () (mm) min.) de la buse (mm)

500 100 250 5 5 70 1 0,3 100

2 150 100 250 5 5 70 1Q OP4 64

3 200 100 250 5 5 70 2 0,3 94

4 500 30 250 5 5 70 7 0,4 70

500 50 250 5 5 70 2 0,3 98

j6 500 150 250 5 5 70 1 0,3 100

?7 500 200 250 5 5 70 7 0,5 82

8 500 100 75 5 5 70 5 0,3 76

9 500 100 125 5 5 70 2 0,4 92

500 100 375 5 5 70 2 0,4 100

11 500 100 500 5 5 70 8 1,0 90

12 500 100 250 5 -3 70 2 1,1 92

ru

13 500 100 250 5 0 70 1 0,3 100

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alfls- T nVa 1

Il ressort du tableau ci-dessus que le procédé et l'ap-

pareil de l'invention offrent l'avantage de permettre de produire

de petits trous et d'étroites fentes d'environ 0,2 & 1 mm rapide-

ment (en quelques secondes) et uniformément.

Dans les exemples décrits ci-dessus, on utilise un organe de céramique ayant une forte teneur en alumine. Toutefois, d'autres organes de céramique, y compris ceux en zircon ou en zirconia peuvent être usinés par le procédé décrit. On imprègne les pièces de zircon ou de zirconia avec des matières goudron-

neuses selon la même procédure que pour la pièce 4.

L'imprégnation décrite ci-dessus fait que les pièces peuvent être facilement usinées, ce qui résulte de ce que l'on augmente leur noirceur et on évite que le faisceau laser soit

réfléchi. Dans les parties autres que celles irradiées par le fais-

ceau laser, la surface de la pièce de céramique est protégée par les composants volatils du goudron qui se volatilisent pendant l'évacuation du métal en fusion, la pénétration du métal en fusion dans les pores de l'organe de céramique étant empêchée par les composants résiduels, qui restent dans les pores de l'organe de

céramique après que les composants volatils se sont volatilisés.

L'effet de l'imprégnation avec le goudron de certains

organes de céramique est représenté sur le tableau 2 ci-après.

TABLEAU 2

Imprégna- Porosité Poids spéci- Perméabilité Céramique tion avec apparente fique appa- gazeuse (ml/cm/ le goudron (%) rentsec.cm2.cm 2

E 324 D

(briques - 29,9 2,59 3,2 x 10 poreuses) TNZ non-traité 24,2 4,26 4,0 x 10 2 (Zirconia) trit <Zirconia)traité 4,9 4,45 1,9 x 10-3 TNZH non-traité 23, 7 3,50 7,0 x 10 (Zircon)4 (Zircotraité 4,7 3,72 1,4 x 10-4 TX-K nontraité 14,6 2,92 4,0 x 10 (Alumine) traité 3,4 3,05 5,0 x 10-4 De plus, quand on a coulé un métal en fusion en utilisant une plaque usinée par le procédé et par l'appareil

de l'invention, une quantité de gaz suffisante a pu être intro-

duite et la corrosion ou l'obstruction des petits trous due au métal en fusion a été très réduite et, en conséquence, on a trouvé que la plaque était excellente, comparativement à celle

fabriquée par les procédés et les appareils traditionnels.

17 2557487

Claims

REVENDICA TIONS

1) Procédé pour usiner un organe en céramique qui consiste à former des canaux d'alimentation de gaz dans ledit

organe en céramique en l'irradiant avec un faisceau laser.

2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de céramique est une plaque coulissante ou une

plaque fixe d'une vanned'évacuatior. de métal en fusion.

3) Procédé selon la revendication 2, caractérisA en ce cue pour l'irradiation, on focalise le faisceau laser d'irradiation. 4) Proc-'d selo: la revendication 2, caractérise en

ce q.'on fait suhir au faisceau laser d'irradiation, une d-

flex-o:. ) Proc6d- selon la revendication 2, caract'risé en

ce cul'on proeette un. gaz sur 1a partie de l'organe de céra-

mique qui a été fondue par le faisceau laser, afin deéliminer

la partie fondue dudit organe.

6) Procédé selon la revendidation 2, caractérisé en ce qu'on forme les canaux d'alimentation de gaz dans l'organe de céramique en projettant le faisceau laser sur ce dernier, l'organe de céramique se déplaçant au cours de cette opération,

tannis que les moyrens produisant le faisceau laser d'irradia-

tion occupent une position fixe et projettent après chaque dé-

placement de l'organe de céramiquae, un faisceau laser sur ce-

lui-ci, afin de former un certain nombre de canaux d'alimenta-

tion de gaz dans l'organe de céramique.

7) Proc-d6 selon la revendication 2, caractéris en ce que l''tape pour former les canaux d'alimentation de gaz dans l'organe de céramique au moyen d'un faisceau laser consiste à d-placer les moyens produisant le faisceau laser d'irradiation,

tandis que l'organe de céramique reste immobile,et en projet-

tant le faisceau laser après chaque déplacement, des moyens

produisant celui-ci, afin de former un certain nombre de ca-

naux d'alimentation de gaz dans l'organe de céramique.

8) Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce qu'on imprè-gne l'organe de céramique avec une composition comportant un composant qui empêche que le faisceau laser soit réfléchi au moment de l'irradiation, avant que l'organe de

céramique ait été irradié par le faisceau laser.

9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en

ce que le composant de la composition d'imprégnation de l'or-

gane de céramique est un goudron ou une poix.

10) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on imprègne l'organe de céramique avec le goudron ou la

poix dans une proportion égale ou inférieure à 15% en-poids.

11) Appareil pour usiner un organe en céramique qui comprend une source pour émettre un faisceau laser; des moyens pour focaliser le faisceau laser émis par ladite source et, des moyens pour enfermer ou encercler la trajectoire

optique du faisceau laser focalisé, caractérisé en ce que les-

dits moyens d'enfermement ou d'encerclement comprennent une partie de base renfermant lesdits moyens de focalisation et ayant un trou d'introduction de gaz situé à une position plus

proche de l'organe de céramique que desdits moyens de focali-

sation, afin d'éliminer la partie dudit organe de cérarique qui a été fondue par ledit faisceau laser focalisé de la partie restante dudit organe de céramique; une partie de diamètre réduit s'étendant de ladite partie de base, de façon à guider le gaz introduit par ledit trou d'introduction vers ledit organe de céramique; et,

une ouverture de sortie disposée à l'extrémité su-

périeure rétrécie de ladite partie de diamètre réduit, afin de permettre au faisceau laser focalisé et au gaz introduit

par le trou d'introduction, de ressortir.