FR2836649A1

FR2836649A1 - Outil compose de plaques empilees pour imprimer des rainures sur un materiau deformable

Info

Publication number: FR2836649A1
Application number: FR0202600A
Authority: FR
Inventors: Yves Charron; Nicolas Gautreau; Stephane Girard
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2003-09-05
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: FR2836649B1

Abstract

Outil pour imprimer des rainures sur un matériau déformable. L'outil se compose de disques 3 empilés. Les centres des disques sont disposés sur l'axe A-A'de l'outil. Selon une variante, la forme de l'outil est obtenue par la révolution d'un arc de cercle autour de l'axe de l'outil, le rayon de l'arc de cercle étant égal au rayon intérieur d'un tube dont la surface intérieure doit être rainurée. Le bord 4 de chaque disque permet d'imprimer des rainures de formes déterminées sur la surface interne d'un tube. Selon un autre mode de réalisation, l'outil se compose de plaques empilées en formant un parallélépipède.

Description

La présente invention se rapporte au domaine de la fabrication de surface rainurée. Plus particulièrement, la présente invention propose un outil pour imprimer des rainures sur une surface.

Dans la présente description, le terme rainure désigne une entaille longue pratiquée dans une pièce. La section d'une rainure désigne la forme de la rainure selon une coupe perpendiculaire à la direction de la longueur de la rainure.

Un objet pourvu d'une surface rainurée présente l'avantage de réduire la dissipation turbulente, ainsi que les forces de frottement, appelées traînée , provoquées par la différence de vitesse entre l'objet et un fluide au contact de la surface rainurée de l'objet. Cet avantage est notamment utilisé par l'industrie aéronautique et maritime. La surface extérieure des avions ou de la partie immergée des bateaux est pourvue de rainures pour réduire les forces exercées par le fluide dans lequel ils se déplacent. Les surfaces rainurées peuvent également être utilisées pour garnir la paroi interne d'une conduite convoyant un fluide. Ces rainures permettent de réduire la perte de charge due à la dissipation turbulente et aux frottements du fluide sur la paroi de la conduite. L'utilisation de conduite à paroi interne rainurée est très intéressante pour les conduites convoyant un fluide sur une grande distance, par exemple les gazoducs.

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Le brevet US 6,190, 594 propose un mode de réalisation d'un film en matière plastique dont une surface est rainurée. En premier lieu, le film en matière plastique est extrudé à l'épaisseur souhaitée, puis un outil possédant la forme en négatif des rainures est mis en contact avec le film. Une pression applique l'outil sur le film afin de laisser l'empreinte de l'outil sur le film.

Après fabrication, le film est ensuite appliqué sur une surface.

Le brevet US 6,190, 594 propose de réaliser un outil pour imprimer des rainures en enroulant un fil autour d'un cylindre suivant un montage quasi circulaire.

La présente invention propose un nouvel outil adapté à imprimer des rainures sur une surface.

De manière générale, la présente invention concerne un outil pour imprimer des rainures sur une surface. L'outil comporte des plaques empilées dont une partie d'un bord d'une première plaque a une section orthogonale correspondant à la section de la rainure à imprimer. La forme de la section orthogonale de la partie du bord de la première plaque peut être en V, en rectangle ou en U.

L'outil selon l'invention peut comporter deux plaques d'épaisseurs différentes. Il peut comporter une deuxième plaque dont une partie d'un bord est une surface plane et orthogonale à la deuxième plaque. Il peut également comporter une troisième plaque, l'extrémité de la troisième plaque est en retrait par rapport à l'extrémité de la première plaque
Selon l'invention, la partie du bord de la première plaque peut être rectiligne.

Selon l'invention, la partie du bord de la première plaque peut être circulaire. Par exemple, les plaques sont des disques dont les centres sont situés sur un même axe. La forme de l'outil peut être un cylindre ou peut être définie par la révolution d'un arc de cercle. L'extrémité axiale de l'outil peut être en forme de cône tronqué, la base du cône ayant le plus petit diamètre étant située à ladite extrémité axiale.

L'outil selon l'invention peut être utilisé pour imprimer des rainures sur la surface intérieure d'un tube.

La présente invention présente notamment les avantages de pouvoir imprimer des rainures de petites dimensions (la largeur et/ou la profondeur des rainures peuvent être inférieures à 10 um), d'imprimer des rainures de section différente et à des profondeurs différentes. De plus, les rainures peuvent être imprimées directement sur une pièce, sans passer par l'intermédiaire d'un film.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-après en se référant aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 représente un outil de forme parallélépipédique, - la figure 2 représente une mise en oeuvre d'un outil de forme parallélépipédique, - la figure 3 représente un outil de forme cylindrique, - la figure 4 représente une mise en oeuvre d'un outil de forme cylindrique, - les figures 5,6, 7 et 8 représentent différentes formes que peuvent avoir les bords des plaques constituant les outils selon la présente invention, - la figure 9 schématise un outil ayant des extrémités de forme conique, - la figure 10 représente un outil cylindrique permettant d'imprimer des rainures dont la profondeur diminue aux abords des extrémités axiales de l'outil, - la figure 11 schématise un outil pour rainurer la surface intérieure d'un tube.

Dans la présente description, une plaque désigne un solide composé de deux faces séparées par une petite épaisseur comparée aux dimensions des deux faces. La surface qui relie ces deux faces est appelée bord de la plaque.

L'outil pour imprimer des rainures, représenté par la figure 1, est constitué par un assemblage de cinq plaques 1 rectangulaires. Chaque plaque 1 a deux surfaces rectangulaires et planes. L'épaisseur el de la plaque 1 correspond à la distance qui sépare les deux surfaces rectangulaires. Cette épaisseur est constante. Les surfaces rectangulaires ont une longueur L et une largeur 1. L'épaisseur el d'une plaque 1 est petite par rapport à la longueur L et à la largeur 1. Par exemple une plaque 1 peut avoir comme dimension : L = 40 mm, 1 = 50 mm et el = 10 um. Un bord 2 de chaque plaque rectangulaire 1 est usiné. L'usinage s'étend sur toute la largeur l et sur une partie hl de la longueur L des surfaces rectangulaires, par exemple hl = 15 um. Par exemple, l'usinage consiste à donner une forme en V au bord 2, le bord 2 étant vu selon une section orthogonale aux surfaces rectangulaires de la plaque 1. Le bord 2 est rectiligne, c'est à dire que les sommets des V des sections du bord 2 sont situés sur une ligne droite. Chaque bord 2 est destiné à imprimer des rainures. L'impression s'effectue par pression du bord 2 sur une pièce jusqu'à déformation de la matière. La forme du bord 2 est ainsi imprimée en négatif sur la pièce.

Les plaques 1 empilées forment un bloc parallélépipédique. Pour réaliser l'empilement des plaques, on met en contact les surfaces rectangulaires des plaques. Les bords 2 usinés sont orientés vers la même face du bloc parallélépipédique. Cette face du bloc parallélépipédique permet d'imprimer des rainures.

La figure 2 représente un mode de mise en oeuvre de l'outil représenté par la figure 1. La référence 5 désigne un outil de forme parallélépipédique pour imprimer des rainures, la référence 6 désigne la pièce dont une surface, par exemple plane, doit être rainurée. La face de l'outil 5 qui possède des bords usinés est dirigée vers la pièce 6. Puis, l'outil 5 est déplacé selon la direction VI perpendiculaire à la surface à rainurer. Lorsque l'outil 5 est en contact avec la pièce 6, on applique une force FI sur l'outil 5. La force FI doit être suffisante pour déformer le matériau de la pièce 6. La force FI est de préférence perpendiculaire à la surface à rainurer. Lorsque les rainures sont imprimées sur la pièce 6, l'outil 5 est dégagé de la pièce 6, par exemple par translation selon la direction VI.

L'outil pour imprimer des rainures, représenté sur la figure 3, est constitué par un assemblage de huit plaques 3. Chaque plaque 3 est plane et a la forme d'un disque de rayon R et d'épaisseur e2. L'épaisseur e2 est petite par rapport au rayon R. Par exemple, une plaque 3 peut avoir comme dimension : R = 40 mm et e2 = 10 um. Le bord 4 situé à la périphérie du disque est usiné. L'usinage s'étend sur toute la circonférence extérieure du disque de rayon R et s'étend sur une partie h2 du rayon R, par exemple h2 = 15 um. Par exemple, l'usinage consiste à donner une forme en V au bord 4 du disque, le bord 4 étant observé selon une section orthogonale à la plaque 3. Le bord 4 est circulaire, c'est à dire que les sommets des V des sections du bord 4 sont situés sur un cercle. Chaque bord 4 est destiné à imprimer des rainures. L'impression s'effectue par pression du bord 4 sur une pièce jusqu'à déformation de la matière. La forme du bord 4 est imprimée en négatif sur la pièce.

Pour réaliser l'outil de la figure 3, les plaques 3 sont empilées les unes aux autres en mettant en contact une face plane d'une plaque avec une face plane de la plaque adjacente. Les centres des disques sont disposés sur une

ligne sensiblement droite. Ainsi l'outil représenté par la figure 3 est sensiblement cylindrique.

La figure 4 représente un mode de mise en oeuvre de l'outil représenté sur la figure 3. La référence 7 désigne l'outil pour imprimer des rainures, la référence 8 désigne la pièce dont une surface, par exemple plane, doit être rainurée. L'outil 7 cylindrique est mis en contact avec la surface de la pièce 8 à rainurer de manière à ce que l'axe du cylindre soit sensiblement parallèle à la surface de contact. Une force F2 est exercée sur l'outil 7 dans la direction perpendiculaire à la surface de contact entre l'outil 7 et la pièce 8. Puis l'outil 7 est déplacé selon la direction V2 en roulant sur la pièce 8. La direction V2 est perpendiculaire à l'axe de l'outil 7 et est parallèle à la surface à rainurer.

Durant le déplacement de l'outil 7, la force F2 maintient en contact l'outil 7 sur la surface à rainurer de la pièce 8. La force F2 doit être suffisante pour que l'outil 7 imprime des rainures sur la pièce 8.

Les plaques constituant les outils 5 et 7 peuvent être réalisées en métal, par exemple de l'acier. Les pièces 6 et 8 sont en matériau moins dur que celui des outils 5 et 7. Par exemple, les pièces 6 et 8 peuvent être en acier, en polymère thermodurcissable ou thermoplastique. Dans le cas d'une pièce en polymère thermodurcissable, on imprime les rainures dans la matière polymère avant l'initiation de la réaction de réticulation. Ainsi, après réticulation, la pièce thermodurcissable est marquée de rainures de manière définitive.

Les figures 5A, 5B et 5C représentent différentes formes que peut avoir le bord 2 d'une plaque 1 de la figure 1 et/ou le bord 4 d'une plaque 3 de la figure 3. Chaque plaque peut avoir une épaisseur el ou e2 comprise entre 10 et 100 um. Les références 10, 11 et 12 représentent des sections orthogonales aux

plaques 1 et/ou 3, c'est à dire des sections dans le plan perpendiculaire aux faces de plus grande dimension des plaques 1 et/ou 3. Les sections du bord 2 et du bord 4 ont la forme des rainures en négatif, c'est à dire que la forme de la section orthogonale d'un bord 2 ou 4 correspond à la forme de la section orthogonale de la rainure imprimée.

Sur la figure 5A, la référence 10 représente une plaque dont le bord a la forme d'un V. l'extrémité de la pointe du V constitue l'extrémité de la plaque. La hauteur du V peut être comprise entre 1 à 5 fois l'épaisseur el ou e2, c'est à dire entre 10 et 500 um.

Sur la figure 5B, la référence 11 représente une plaque dont le bord a la forme d'un U. La forme arrondie du U constitue l'extrémité de la plaque. La hauteur du U peut être comprise entre 1 à 5 fois l'épaisseur el ou e2, c'est à dire entre 10 et 500 um.

Sur la figure 5C, la référence 12 représente une plaque dont le bord a la forme d'un rectangle dont l'épaisseur est inférieure à celle de la plaque, c'est à dire que l'épaisseur du bord est constante et est inférieure à l'épaisseur de la plaque. Par exemple, l'épaisseur i du bord est deux fois plus petite que l'épaisseur de la plaque.

Ainsi il est possible d'imprimer des rainures de formes des sections orthogonales différentes.

Les figures 6A, 6B, 6C et 6D représentent différentes formes, dans le plan de plus grande dimension, que peut avoir une plaque 1 de la figure 1 ou une plaque 3 de la figure 3.

Sur les figures 6A et 6B, les références 20 et 21 représentent des plaques 1 de la figure 1. Les faces rectangulaires ont une longueur L qui varie entre la valeur Ll et la valeur L2 et ont une largeur 1 constante. Par exemple la valeur Ll est égale à 40 mm et la valeur L2 est égale à 39,9 mm. Le bord de la plaque 20, qui sert à imprimer les rainures, a une forme en créneaux, c'est à

dire que la longueur de la plaque est égale à Ll sur une portion de la largeur, par exemple sur 100 um, puis la longueur de la plaque est égale à L2 sur une portion de la largeur, par exemple sur 100 um, et ce motif se répète sur toute la largeur de la plaque 20. Le bord de la plaque 21, qui sert à imprimer des rainures, a une forme sinusoïdale, c'est à dire que la longueur de la plaque 21 varie de manière sinusoïdale entre la valeur Ll et la valeur L2.

Sur les figures 6C et 6D, les références 22 et 23 représentent des plaques 3 en forme de disque de la figure 3 dont le rayon R varie entre les valeurs RI et R2. Par exemple, la valeur de RI est égale à 40 mm et la valeur de R2 est égale à 39,9 mm. La périphérie de la plaque 22 a une forme en créneaux, c'est à dire que le rayon est égal à RI sur une portion angulaire du disque, par exemple sur 5 degrés, puis le rayon est égal à R2 sur la portion angulaire adjacente, par exemple sur 5 degrés, et ce motif se répète sur l'ensemble du disque 22. L'extrémité de la plaque 23 a une forme sinusoïdale, c'est à dire que le rayon de la plaque 23 varie de manière sinusoïdale entre la valeur RI et la valeur R2.

En utilisant des outils constitués de plaques telles que représentées par les références 20,21, 22 ou 23, on peut imprimer des rainures dont la profondeur varie dans le sens de la longueur des rainures.

Les figures 7A et 7B représentent des outils construits sur le même principe que ceux représentés par les figures 1 et 3, c'est à dire par empilement de plaques. Mais, contrairement aux figures 1 et 3, les outils des figures 7A et 7B sont constitués de plaques de dimensions différentes. Les figure 7A et 7B représentent des empilements de plaques de rayon, de longueur et/ou d'épaisseur différents.

Sur la figure 7A, la référence 30 représente un outil cylindrique d'axe B constitué de l'empilement de cinq disques 31 de rayon R3, par exemple égal à

39,9 mm, et d'un disque de rayon R4, par exemple égal à 40 mm. Cet empilement de six disques est répété plusieurs fois.

Sur la figure 7B, la référence 35 représente un outil de forme parallélépipédique dont une face sert à imprimer les rainures. Cet outil est constitué de l'empilement de trois plaques 36,37 et 38, cet empilement étant répété plusieurs fois. La plaque 36 a la forme d'un rectangle de longueur L4, par exemple égale à 40 mm et d'épaisseur e3 égale à 100 um. La plaque 37 a la forme d'un rectangle de longueur L3, par exemple égale à 39,9 mm et d'épaisseur e3 égale à 100 um. La plaque 38 a la forme d'un rectangle de longueur L3, par exemple égale à 39,9 mm et d'épaisseur e4 égale à 200 um.

Les largeurs des plaques 36,37 et 38 sont identiques, par exemple égale à 50 mm.

En utilisant un outil constitué de plaques de dimensions différentes, il est possible d'imprimer des rainures dont les dimensions (la profondeur et la largeur) sont différentes d'une rainure à Vautre.

La figure 8 représente un outil 47 vu selon une section orthogonale aux plaques. L'outil 47 est constitué d'une plaque 46 et de plusieurs plaques 45. La plaque 46 est en contact avec deux plaques 45. Toutes les plaques 45 sont de dimensions identiques. La section du bord des plaques 45 est en forme de V. Le bord de la plaque 46 est une surface plane et perpendiculaire à la plaque 46.

Vus selon une section orthogonale aux plaques, les sommets des V des plaques 45 sont situés sur une ligne droite, par contre le bord de la plaque 46 est en retrait par rapport à cette ligne droite. Ainsi l'outil 47 permet d'imprimer des rainures en forme de V sauf sur la surface correspondant à la plaque 46.

Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible de combiner les formes des plaques décrites en référence aux figures 5A, 5B, 5C, 6A, 6B, 6C, 6D, 7A, 7B et/ou 8 pour constituer un outil pour imprimer des rainures. La

combinaison de différentes plaques peut être arrangée de manière ordonnée. Par exemple l'outil est un empilement de cent plaques, l'empilement est réalisé à partir d'un ensemble de dix plaques, cet ensemble étant répété dix fois à l'identique.

La figure 9 représente un outil cylindrique 40 constitué en trois parties X, Y et Z. La partie X s'étend sur une distance axiale dl, par exemple égale à 50 mm. La partie X est composée de disques 41 dont les dimensions sont sensiblement identiques, par exemple d 9 rayon R5 égal à 40 mm. Les dimensions et la forme des disques 41 peuvent également être réalisées conformément aux modes de réalisation illustrés par les figures 5,6 7 et/ou 8. Les centres des disques 41 sont disposés sur l'axe CC'. Les parties Y et Z s'étendent de part et d'autre de la partie centrale X sur une distance axiale d2, par exemple égale à 5 mm. Les parties Y et Z ont une forme sensiblement tronconique, c'est à dire que chaque partie Y et Z constitue un cône tronqué.

Pour chaque partie Y et Z, la base du cône tronqué ayant le plus petit diamètre constitue une extrémité axiale de l'outil. Les axes des cônes tronqués des parties Y et Z sont confondus avec l'axe CC'de la partie centrale X. Par exemple, chacune des parties Y et Z forme un cône tronqué de hauteur d2, la base du cône adjacente à la partie X a pour rayon R5 et la base du cône constituant une extrémité de l'outil 40 a pour rayon R6 par exemple égal à 39,9 mm. Le rayon R6 est inférieur au rayon R5. Les cônes tronqués peuvent être constitués d'un empilement de plusieurs disques 42 dont les rayons varient progressivement de la valeur R5 pour le disque adjacent à la partie X de l'outil jusqu'à la valeur R6 pour le disque constituant une extrémité de l'outil 40.

Le bord des disques 41 et 42 est usiné sur une hauteur h, par exemple en forme de V de hauteur h = 150 um. Ainsi, la profondeur des rainures imprimées par la partie X est égale au maximum à h.

La forme tronconique des parties Y et Z permet d'éviter des effets de bord non désirés pouvant se produire lors de l'impression des rainures.

Lorsqu'on imprime des rainures sur une pièce, une force est appliquée sur l'outil cylindrique. La zone de la pièce au contact de l'outil subit un fort niveau de contraintes, par contre la zone adjacente à la zone de contact est soumise à un faible niveau de contraintes. Cette différence de contraintes peut provoquer un refoulement de matière depuis la zone de contact vers la zone adjacente. Ce phénomène est notamment visible aux extrémités axiales de l'outil cylindrique. La forme tronconique permet de faire diminuer progressivement le niveau de contraintes engendré par l'outil au niveau de ses extrémités axiales.

La figure 10 représente un outil cylindrique 50 constitué de trois parties L, M et N. La partie L s'étend sur une distance axiale d3 par exemple égale à 50 mm. La partie L est composée de disques 51 dont les dimensions sont sensiblement identiques, par exemple de rayon R7 égal à 40 mm. Le bord des disques 51 est usiné sur une hauteur h, par exemple en forme de V de hauteur h = 100 um. Les dimensions et la forme des disques 51 peuvent également être réalisées conformément aux modes de réalisation illustrés par les figures 5,6 7 et/ou 8. Les centres des disques 51 sont disposés sur l'axe DD'.

Les parties M et N s'étendent de part et d'autre de la partie centrale X sur une distance axiale d4, par exemple égale à 3 mm. Les parties M et N sont composées par exemple d'un empilement de vingt disques 52. Pour chaque partie M et N, le bord du disque 52 adjacent à la partie L est usiné en forme de V de hauteur égale à h. Le bord des disques 52 est usiné en triangle dont la hauteur varie progressivement de la valeur h pour le disque adjacent à la partie L à la valeur 0 pour le disque 52 constituant une extrémité de l'outil 50.

Le rayon des disques 52 varie de la valeur R7 pour le disque adjacent à la

partie L à la valeur R7 - h = 39, 9 mm pour le disque 52 constituant une extrémité de l'outil 50.

La diminution de la profondeur des rainures d'un outil selon l'invention permet également d'éviter un refoulement de matière aux extrémités de l'outil lors de l'impression.

La figure 11 représente un outil 60 pour imprimer des rainures. L'outil 60 a sensiblement une forme en tonneau obtenue par la révolution d'un arc de cercle autour de l'axe EE'. L'arc de cercle a pour rayon R. L'outil 60 est réalisé en empilant des plaques en forme de disque. Le rayon de chacun des disques est choisi pour que l'enveloppe extérieure soit conforme à la forme désirée. La forme des bords des disques est choisie selon les modes de réalisation illustrés par les figures 5A, 5B, 5C, 6A, 6B, 6C, 6D, 7A, 7B et/ou 8. Cependant, sur la figure 11, la forme des bords des disques n'est pas représentée.

Cet outil 60 permet d'imprimer des rainures dans un tube d'axe F dont le rayon intérieur est sensiblement égal à R. L'outil 60 est disposé au contact de la surface intérieure du tube 61. L'axe ET est sensiblement perpendiculaire à l'axe F du tube. Puis l'outil 60 est déplacé parallèlement à l'axe F du tube en roulant sur la surface intérieure du tube. Pendant le déplacement de l'outil, une force est appliquée sur l'outil pour qu'il imprime des rainures.

Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible de réaliser tout type d'outils, par empilement de plaques, dont la forme est obtenue par la révolution d'une ligne quelconque autour d'un axe.

Claims

REVENDICATIONS 1) Outil pour imprimer des rainures sur une surface, comportant des plaques empilées (1) dont une partie d'un bord (2) d'une première plaque a une section orthogonale correspondant à la section de la rainure à imprimer.
2) Outil selon la revendication 1, dans lequel la forme de la section orthogonale de la partie du bord de la première plaque est en V, en rectangle ou en U.
3) Outil selon l'une des revendications 1 et 2, comportant au moins deux plaques d'épaisseurs différentes.
4) Outil selon l'une des revendications précédentes, comportant au moins une deuxième plaque (46) dont une partie d'un bord est une surface plane et orthogonale à la deuxième plaque.
5) Outil selon l'une des revendications précédentes, comportant au moins une troisième plaque (46), l'extrémité de la troisième plaque est en retrait par rapport à l'extrémité de la première plaque
6) Outil selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ladite partie du bord (2) de la première plaque est rectiligne.
7) Outil selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ladite partie du bord (4) de la première plaque est circulaire.

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8) Outil selon la revendication 7, dans lequel les plaques sont des disques dont les centres sont situés sur un même axe.
9) Outil selon la revendication 8, dans lequel la forme de l'outil est un cylindre.
10) Outil selon la revendication 8, dans lequel la forme de l'outil est définie par la révolution d'un arc de cercle autour dudit l'axe.
11) Outil selon l'une des revendications 8 à 10, comportant une extrémité axiale en forme de cône tronqué, la base du cône ayant le plus petit diamètre étant située à ladite extrémité axiale.
12) Application de l'outil selon l'une des revendications 1 à 11 pour imprimer des rainures sur la surface intérieure d'un tube.