FR2720318A1

FR2720318A1 - Procédé pour séparer un morceau d'un bloc par propagation d'une fissure unique.

Info

Publication number: FR2720318A1
Application number: FR9406913A
Authority: FR
Inventors: Etienne Vincent
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 1995-12-01
Anticipated expiration: 2014-05-30
Also published as: FR2720318B1; EP0762952B1; AU2675595A; WO1995032848A1; EP0762952A1; DE69509382D1

Abstract

Pour obtenir une séparation selon une surface prédéterminée, on crée sur le bloc une amorce de fissure (11), on exerce des forces de séparation de chaque côté de cette amorce, et pour guider la fissure, on soumet le bloc à trois systèmes de forces dont deux (32, 33) s'exercent de part et d'autre de l'amorce de rupture et une troisième (31) s'exerce en sens opposé au voisinage de la ligne d'arrivée (14) de la fissure. Ces forces créent un couple dans la matière. Si ce couple est nul, la surface de réparation sera plane, sinon, elle sera incurvée. Le contrôle du couple permet de déterminer la courbure de la surface de séparation.

Description

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.

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.

Par "matière fissile", on entend une matière qui présente une direction de plan de clivage, c'est-àdire 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.

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.

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 de 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 5k d'une dimension de la surface de séparation.

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.

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 des "surfaces planes" ou des "surfaces courbes".

Par "propagation d'une fissure unique", on indique que le procédé ne génèrera 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.

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.

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.

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".

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.

Par n extrémités" du bloc, les deux extrémités du prisme.

Par "longueur de fissure", on entend la distance moyenne séparant la ligne de départ et la ligne d'arrivée.

Par "largeur de séparation", on entend la distance séparant les deux "lignes intermédiaires".

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 Wcôté morceau" d'un bloc, la partie de ce bloc destinée à devenir le morceau que l'on désire séparer du bloc.

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.

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.

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.

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.

Par n système de forces de compression" et "systèmet 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.

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.

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.

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.

I1 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 l'avance puis soumis ces coins à un impact brusque, ce qui fracture le bloc.

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.

Ces procédés, d'application limitée à certains types de matière, ne sont efficaces que dans certaines configurations bien déterminées.

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. I1 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.

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 laide 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 des 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.

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.

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:
- création d'au moins une amorce de fissure sur la ligne de départ de fissure;
- 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::
- 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;
- 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::
- 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 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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

I1 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.

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::
- 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;
- 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.

Une manière avantageuse de produire des surfaces de séparation très planes sans avoir à régler d'une façon précise les positions relatives des zones 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.

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.

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.

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:
- des amorces de fissure sont crées sur la majorité de la ligne de départ de fissure désirée;
- 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
- 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.

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.

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. I1 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. I1 donne une excellente maîtrise du couple introduit dans la matière et donc de la concavité ou convexité de la surface de séparation.

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 à
- 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.

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.

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 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. Suivant 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.

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.

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.

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.

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.

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:
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 2 est une vue schématique en perspective d'un bloc et d'un morceau après séparation.

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.

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 et 7 et 8 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.

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 llA. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 l'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.

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.

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, l'inclinaison relative des deuxième et troisième systèmes de forces permettent de créer une force de séparation d'intensité voulue. I1 peut parfois y avoir inconvénient à ce que la séparation intervienne sans avoir contrôlé au préalable avec précision l'intensité du deuxième et/ou du troisième système de forces.Dans ce cas, on complètera 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 l'intensité du deuxième système de forces doit être bien contrôlée.

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.

I1 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.

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.

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:

- création d'au moins une amorce de fissure sur la ligne de départ de fissure;

- 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::

- 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;

- deux système s de forces dont les zones d'application ont une surface suffisante pour ne pas propager une fissure sous leur propre zone d'action, comprenant::

- 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 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 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.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 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.

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.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que:

- les amorces de fissure sont créées sur la majorité de la ligne de départ de fissure désirée;

- 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.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 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.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 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.

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.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 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.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 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.