CH697785B1 - Dispositif destiné à tronçonner le fil usé sur une machine d'électroérosion. - Google Patents

Abstract

Dispositif de coupe pour fils de machines à électroérosion dans lesquelles le filélectrode (19) après son passage dans une zone d'usinage est coupé en tronçons qui sont évacués en tant que déchets vers un récipient de récupération. Le dispositif comporte des contacts électriques reliés à une source de tension/courant. Le fil est soumis à un fluide diélectrique dont la vitesse de déplacement est suffisamment élevée pour installer un régime d'écoulement turbulent et provoquer des mouvements latéraux aléatoires du fil qui effleure sporadiquement les contacts.

Description

  Contexte

[0001] Les machines d'électroérosion utilisant un fil comme électrode pour découper une pièce conductrice de l'électricité, sont maintenant largement répandues. Les fils communément utilisés sont constitués d'alliages à base de cuivre, zinc, acier, etc. et ont des diamètres de 0.1 à 0.3 mm. La réserve de fil neuf est stockée dans une bobine pouvant contenir plusieurs km de fil. Le fil est déroulé depuis la bobine à des vitesses pouvant aller de quelques cm/s à 50 cm/s. Il est guidé dans la zone d'usinage où il subit une usure qui le rend impropre à une utilisation ultérieure: le fil n'usine qu'une fois. Dans le cas de certaines machines d'électroérosion par fil, le même fil est réutilisé plusieurs fois pour usiner; mais la présente invention ne concerne pas ces types de machines.

   Dans le cadre de la présente invention, le fil ayant traversé la zone d'usinage devient un déchet et doit donc être conditionné pour assurer son recyclage. Un des moyens connus consiste à le tronçonner à l'aide d'un outil de coupe quelconque en segments de quelques centimètres afin d'en limiter le foisonnement et de pouvoir transporter les résidus dans un récipient de petit volume.

Problèmes résolus

[0002] De nombreux dispositifs ont été utilisés pour tronçonner le fil usé. Ils comportent pour la plupart des pièces mécaniques mobiles comportant des arrêtes de coupe sujettes à usure. Ces pièces souvent constituées de matières spéciales et coûteuses doivent être remplacées périodiquement. Il faut ajouter que les dispositifs de coupe produisent des chocs répétés qui peuvent faire vibrer le fil dans la zone d'usinage.

   Ils nécessitent de développer et de maintenir des ensembles mécaniques relativement complexes, coûteux et délicats. La présente invention propose une solution plus économique, plus simple et plus fiable.

Exposé de l'état de l'art connu

[0003] Le texte de brevet JP61 293 727 décrit un dispositif de tronçonnage du fil usé par l'intermédiaire d'un courant électrique qui fait fondre le fil. Le fil est tracté entre deux poulies qui pincent le fil. L'une de ces deux poulies est en matériau isolant, l'autre comporte à sa périphérie des secteurs conducteurs. Le courant circule dans le fil à intervalles réguliers entre les secteurs conducteurs et un contact fixe disposé en aval. Ce dernier ne permet pas d'assurer un contact fiable avec le fil.

   Un autre inconvénient est que le dispositif mécanique est relativement complexe; il comporte plusieurs pièces en mouvement sujettes à usure. D'autre part on exploite en permanence l'effet fusible qui provoque l'échauffement de tout le dispositif.

[0004] On trouve dans le texte de brevet JP4 193 422 le principe de fondre le fil par induction à l'aide d'une bobine à l'intérieur de laquelle le fil passe sans toucher aucun contact. Un courant alternatif de haute fréquence, fourni par une source de puissance, circule dans la bobine d'une manière intermittente.

   L'inconvénient d'une telle solution est que la source haute fréquence est un élément relativement coûteux car elle doit permettre aussi d'induire des courants tourbillonnaires intenses dans des fils de très petit diamètre.

[0005] Le texte de brevet US5 523 538 mentionne un élément que l'on retrouve dans certains modes d'exécution de la présente invention. Il s'agit d'un long tube destiné à convoyer le fil usé loin de la zone d'usinage; tube dans lequel un fort flux d'air comprimé est injecté en amont de sorte à propulser le fil. A la sortie du tube, le fil est récupéré par un dispositif de coupe qui le tronçonne en petits segments.

   On retrouve ici une excessive complexité des mécanismes et l'inconvénient des outils de coupe qui doivent être périodiquement remplacés.

[0006] Le texte de brevet EP1 634 668 décrit un système de tronçonnage du fil destiné à une machine haut de gamme. Des précautions particulières y sont prises pour que le déroulement normal du fil dans la zone d'usinage ne soit pas perturbé par le dispositif de coupe. Les fig. 7a et 7b montrent une variante dans laquelle le fil à la sortie de son canal d'évacuation est dévié par un flux d'air comprimé, délivré par une buse 25, qui le propulse vers les couteaux 15, 16.

   Cet exemple montre qu'il est nécessaire de proposer des solutions alternatives peu coûteuses pour des machines d'entrée de gamme, ce qui est réalisé notamment par la présente invention.

Objet et résumé de l'invention

[0007] La présente invention utilise dans un mode d'exécution préféré, un tube, plus généralement un canal étroit de plus ou moins grande portée, pour éloigner le fil usé de la zone d'usinage. La progression du fil est assurée dans ce canal par un flux intense d'air comprimé, d'eau sous pression issue de la zone d'usinage par exemple, ou en général de n'importe quel fluide diélectrique propulsé à une vitesse suffisamment élevée à l'intérieur dudit canal. L'invention tire profit des propriétés de l'écoulement du fluide dans ledit canal.

   Il est bien connu qu'à basse vitesse les différentes couches constituant le fluide glissent les unes par rapport aux autres sans se mélanger dans le canal. On dit que l'écoulement est laminaire.

[0008] Au-delà d'une certaine vitesse d'écoulement apparaissent des instabilités dans la progression des différentes couches du liquide. Des phénomènes dus aux frottements perturbent l'écoulement. Les différents groupes de particules qui constituent le fluide ne se déplacent plus d'une manière régulière parallèlement aux parois du canal. Des mouvements latéraux se produisent d'une manière aléatoire. Le chaos qui s'installe dans le fluide est répertorié sous le nom "d'écoulement turbulent".

[0009] D'après Reynolds on sait à partir de quelle vitesse V le régime turbulent s'installe selon la formule:
V > 3000. eta  /   ¸?.

   D dans laquelle V est la vitesse moyenne du fluide dans le canal, eta  la viscosité dynamique du fluide,   ¸? sa masse volumique, D le diamètre du canal.

[0010] La progression du fil, propulsé par le fluide qui l'entoure dans cet écoulement turbulent est affectée des mêmes mouvements latéraux aléatoires que le fluide lui-même. Le fil progresse en allant d'une manière erratique toucher les parois du canal. Il suffit de disposer au moins un contact électrique à l'intérieur du canal, ou au voisinage de l'embouchure de sortie dudit canal, pour que le fil de temps en temps, soit porté au même potentiel électrique que ledit contact.

   Un courant peut circuler dans le fil, si l'on a disposé au moins un autre contact à l'intérieur ou à l'extérieur du canal et qu'une source est branchée entre les deux contacts.

[0011] Le passage de ce courant peut être exploité simplement pour détecter la présence du fil dans une zone particulière du canal d'évacuation. Mais on peut aussi d'une manière avantageuse utiliser le phénomène décrit ci-dessus pour tronçonner le fil, car il peut être amené à se rompre pour deux raisons: l'effet fusible provoqué par le courant électrique qui chauffe le fil et/ou l'effet érosif d'une décharge électrique susceptible de s'amorcer entre le fil et l'un des contacts.

[0012] Une expérience simple montre que l'on favorise l'effet fusible en utilisant une source de tension inférieure à 20 Volts.

   Quand l'effet fusible est prépondérant, les segments de fil peuvent atteindre des longueurs excessives, ce qui est préjudiciable à une répartition homogène des déchets dans le bac de récupération. Le fil doit monter en température pour fondre. Pour cela les deux contacts doivent s'établir d'une manière franche pendant une durée suffisante. L'écoulement turbulent du liquide ne peut pas établir à coup sûr le contact franc nécessaire pour fondre le fil. Dans un tel environnement le contact s'établit majoritairement d'une manière fugitive, ce qui explique la présence de segments de fils excessivement longs dans le bac de récupération.

[0013] On favorise l'effet érosif en augmentant la tension de la source au-delà de 50 Volts. Les contacts fugitifs suffisent à provoquer des décharges qui s'accompagnent d'un claquement sec dans l'air.

   Le fil est tronçonné en segments plus ou moins longs, selon sa vitesse d'évacuation et la distance entre les deux contacts. La longueur des segments obtenus n'est pas constante mais obéit à une loi de distribution aléatoire. Ce phénomène est loin d'être un inconvénient. Au contraire cela permet une répartition plus homogène du déchet à l'intérieur du réservoir de récupération.

[0014] Cependant, en fonctionnement permanent, l'effet érosif est accompagné d'un crépitement bruyant qui peut causer un désagrément et des troubles aux personnes devant travailler à proximité. Il conviendra donc d'enfermer le dispositif dans un caisson insonorisé.

[0015] D'autre part l'utilisation d'une tension de source supérieure à 20 Volts nécessitera de prendre les précautions d'usage dans le but de protéger les personnes du danger d'électrocution.

   Ce danger est accru si l'on dispose l'un ou l'autre contact à l'extérieur de la canalisation de transport du fil. Raison pour laquelle il est préférable d'installer tous les contacts à l'intérieur de la canalisation en matière isolante.

[0016] Lors d'essais de longue durée on constate l'apparition de dépôts d'oxydes métalliques au voisinage et sur les contacts. Il est donc préférable d'utiliser des matériaux sur lesquels les oxydes métalliques ne collent pas de sorte à pouvoir effectuer des nettoyages périodiques à l'aide d'une petite brosse.

   En particulier, concernant le matériau des contacts, l'expérience a montré que l'utilisation de graphite dur ou de cupro-graphite est préférable au métal comme par exemple le cuivre ou le laiton.

[0017] L'invention sera expliquée ci-après avec l'aide d'exemples de réalisation et des figures suivantes.

Présentation des figures

[0018] La Fig. 1 est une représentation schématique d'un dispositif d'évacuation du fil usé depuis sa sortie de la zone d'usinage, jusqu'à un bac de récupération des déchets, selon un premier mode d'exécution de l'invention. La Fig. 2 est un schéma de détail d'un dispositif de hachage électrique du fil placé à la sortie d'un tube d'évacuation du fil usé, selon un deuxième mode d'exécution de l'invention.

   La Fig. 3 représente une variante du dispositif de la Fig. 2 destinée à augmenter la probabilité de contact entre le fil et les deux pôles de la source de courant/tension. Dans ce dernier schéma, pour plus de clarté, ni le fil usé ni la sortie du tube d'évacuation ne sont représentés.

Explication détaillée de l'invention

[0019] La Fig. 1 donne un exemple d'un premier mode d'exécution de l'invention. Le fil usé 1 issu de la zone d'usinage est capturé entre deux cylindres métalliques rotatifs 2 qui pincent le fil et l'entraînent vers le bas. A la sortie des cylindres 2, le fil est immédiatement canalisé par une pièce 3 en forme d'entonnoir profilé en forme de sifflet qui vient s'introduire entre les cylindres 2.

   A la base de l'entonnoir 3 le fil franchit un étranglement 4 à la sortie duquel il est soumis à un puissant flux d'air comprimé dirigé vers le bas. Le flux d'air comprimé est fourni par une canalisation externe 5 représentée sommairement par une flèche. Le flux d'air est réparti autour du fil par une canalisation annulaire 6 qui débouche dans une série d'injecteurs 7. Ces derniers injectent l'air comprimé dans la partie supérieure étroite d'un second entonnoir 8 ouvert vers le bas. Le fil progresse vers le bas 9 sous l'effet du flux d'air et pénètre dans un tuyau souple en matière isolante 10 relié d'une manière étanche 11 à l'entonnoir 8.

   La pièce représentée sur la Fig. 1 par les éléments indicés 3, 4, 6, 7 et 8 ne constitue qu'un exemple de réalisation d'un dispositif permettant d'injecter un fluide sous pression dans une canalisation destinée à transporter le fil. Le tuyau souple 10 est d'une longueur quelconque selon l'éloignement souhaité du bac de récupération 12. L'extrémité 13 du tuyau 10 est équipée d'un embout métallique 14 ajusté au tuyau d'une manière étanche 15 et comportant une embouchure 16 dont le diamètre intérieur est égal au diamètre intérieur du tuyau 13 dans le présent exemple, de sorte à ne présenter aucune aspérité susceptible d'accrocher le fil. Dans une autre variante d'exécution on peut concevoir un embout 14 avec un diamètre intérieur plus étroit et un profil interne sans aspérité dans le but d'augmenter la probabilité de contact avec le fil.

   L'embout métallique 14 est relié électriquement à l'un des pôles d'une source de tension 17 dont l'autre pôle est relié à un contact balais 18, en cupro-graphite qui frotte contre l'un des cylindres rotatifs 2 destinés à entraîner le fil en amont du dispositif. La source de tension 17 est capable de délivrer un courant suffisant pour fondre le fil ou une tension suffisante pour amorcer une décharge électrique entre le fil et l'embout 14. Il peut s'agir d'une simple source alternative réglable en puissance et dotée d'une isolation galvanique par rapport au réseau électrique. Le fil 19 parvenu à l'embouchure de sortie du tuyau d'évacuation 13 est soumis aux remous et aux tourbillons du fluide qui s'échappe par l'embouchure 16.

   Il est nécessaire que la vitesse d'écoulement du fluide sous pression soit maintenue à une valeur suffisamment élevée pour que l'écoulement se fasse en régime turbulent lors du passage au niveau de l'embout 14. Si toutefois l'écoulement du fluide dans le canal d'évacuation 13 n'était pas assez rapide, on peut disposer une buse auxiliaire d'injection d'un fluide en aval ou au voisinage de l'embouchure 16 de sorte à garantir une agitation suffisante, sur le modèle de la fig. 7a du document EP1 634 668. L'agitation du fluide provoque des mouvements latéraux erratiques du fil 19 qui vient sporadiquement contacter les parois de l'embout métallique 14.

   Un courant électrique circule alors dans le segment de fil compris entre les cylindres d'entraînement 2 et l'embout de sortie 14, permettant éventuellement de signaler que le fil n'est pas resté bloqué à l'intérieur du tuyau 13.

[0020] En raison du courant électrique, comme déjà mentionné, le fil peut se rompre pour deux raisons. L'effet fusible peut le faire fondre en un endroit quelconque durant son transport depuis le point de pincement entre les deux cylindres 2 jusqu'au niveau de l'embout de sortie 14. L'effet érosif de l'étincelle produite au niveau de l'embout 14 peut aussi être suffisant pour sectionner le fil. Ces phénomènes se produisant d'une manière aléatoire, le fil est tronçonné en segments de longueur variable.

   Les brins de fil 20 s'amoncellent dans le bac de récupération 12.

[0021] Un deuxième mode d'exécution de l'invention est représenté schématiquement à la Fig. 2. Le mode d'exécution précédent comporte des inconvénients que l'on peut souhaiter écarter. Les cylindres d'entraînement métalliques 2 sont utilisés à la fois pour transmettre le courant qui va sectionner le fil et également pour transmettre le courant d'usinage. Il y a un risque de perturber cette dernière fonction essentielle. Par suite dans un deuxième mode d'exécution, il est proposé d'utiliser un autre contact électrique, éloigné de la zone d'usinage, pour acheminer le courant destiné à rompre le fil. D'autre part, le tuyau d'évacuation du fil 10, 13, peut selon les exécutions être très long.

   Par conséquent, la probabilité augmente de voir apparaître des segments de fils excessivement longs donc plus difficiles à stocker dans le bac de récupération 12.

[0022] La Fig. 2 reprend un détail de la Fig. 1 en l'améliorant. L'amélioration se situe à l'extrémité du tuyau 13 servant au transport et à l'évacuation du fil, représentée sur la Fig. 1 en dessous du pointillé 21. Sur la Fig. 2, on retrouve le même embout de sortie 14 qui sert à l'éjection du fil vers le bac de récupération. Par contre sur la Fig. 2, la connexion électrique entre la source de courant 17 et les cylindres d'entraînement 2 est supprimée. L'amélioration consiste à introduire un manchon conducteur de l'électricité 22 en amont de l'embout de sortie 14.

   Ce manchon 22 est par exemple un élément de tube métallique similaire à l'embout de sortie 14 de sorte à pouvoir s'intercaler entre deux tuyaux isolants et s'ajuster d'une manière étanche avec l'un et l'autre. Plus précisément ledit manchon intermédiaire 22 est raccordé en amont à l'extrémité 13 du tuyau de transport du fil, en aval à un autre élément de tuyau isolant 23 lui-même raccordé à l'embout de sortie 14. La source 17 est dans ce cas, reliée d'un côté au manchon intermédiaire 22 de l'autre à l'embout de sortie 14. Dans le mode d'exécution précédent, le fil était relié en permanence à l'un des pôles de la source 17, l'autre pôle étant sporadiquement connecté au fil.

   Dans le présent mode d'exécution, chacun des deux pôles de la source 17 est connecté sporadiquement au fil par l'intermédiaire du manchon intermédiaire 22 d'une part et de l'embout de sortie 14 d'autre part.

[0023] L'agitation erratique du fluide provoque des mouvements latéraux du fil 19 qui vient contacter les parois soit du manchon intermédiaire 22 soit de l'embout métallique 14. Lorsque ces deux contacts se produisent simultanément, un courant électrique circule dans le segment de fil compris entre le manchon intermédiaire 22 et l'embout de sortie 14.

   Malgré l'absence d'une connexion permanente à la source 17, on observe que la probabilité de contacts simultanés est très élevée.

[0024] L'établissement d'un régime d'écoulement suffisamment turbulent à l'intérieur de cet élément de canalisation de sorte à obtenir l'effet escompté est facile à obtenir. On l'obtient typiquement de trois façons: i) en augmentant la pression d'injection du fluide en 5. ii) en rétrécissant le conduit en aval de l'extrémité du tuyau de transport 13. iii) en introduisant des irrégularités dans la géométrie du canal d'écoulement en aval de l'extrémité du tuyau de transport 13. Comme on peut s'y attendre, le fil est segmenté en tronçons 24 d'autant plus courts que la distance entre le manchon intermédiaire 22 et l'embout de sortie 14 est petite.

   Le dispositif de hachage du fil ainsi constitué ne comporte aucune pièce mobile. Le fait que ce dispositif soit purement statique apporte un avantage certain en ce qui concerne sa simplicité et sa robustesse.

[0025] Pour accroître encore la probabilité de contacts simultanés, on peut évidemment répéter l'agencement décrit ci-dessus des trois pièces indicées 22, 23 et 14. On obtiendra de cette façon à la sortie du tuyau de transport 13 une succession de tubes métalliques isolés entre eux; les tubes d'ordre pair étant reliés à l'un des pôles de la source 17; les tubes d'ordre impair reliés à l'autre pôle de la source 17.

[0026] La Fig. 3 symbolise un troisième mode d'exécution de l'invention.

   On a vu dans le mode d'exécution précédent que pour accroître la probabilité de contacts simultanés, on peut faire cheminer le fil à l'intérieur d'un dispositif comportant une succession de tubes métalliques isolés entre eux et constituant une succession d'éléments de canalisation. Les segments de fil tronçonné seront d'autant plus courts que lesdits tubes métalliques seront proches l'un de l'autre. Le dispositif de la Fig. 3 permet encore d'augmenter la probabilité de contacts simultanés et de réduire la longueur des segments de fil. Le schéma représente deux câbles 25, 26 conducteurs de l'électricité bobinés selon une double hélice imbriquée autour d'un cylindre fictif non représenté.

   Les deux câbles 25, 26 sont isolés l'un par rapport à l'autre, mais ne sont pas isolés par rapport à un fil qui serait canalisé à l'intérieur dudit cylindre fictif. Il faut voir les deux câbles 25, 26 collés contre la surface intérieure d'un tube isolant (non représenté). Ce dernier servant à canaliser le fluide sous pression et le fil que l'on veut tronçonner. Les deux câbles 25 et 26 sont chacun reliés à un pôle de la source de courant/tension 17. La probabilité de connexions simultanées du fil à tronçonner avec l'un et l'autre des pôles de la source, est d'autant plus grande que la double hélice est bobinée serré et comporte un grand nombre de spires.

[0027] Pour généraliser le principe de ce 3<ème> mode d'exécution on peut imaginer un élément de canalisation dans lequel s'écoule un fluide diélectrique en régime turbulent.

   Ce fluide propulse un fil métallique souple qui chemine à l'intérieur d'un élément de canalisation. Ce dernier comporte dans sa partie intérieure un grand nombre de paires de contacts électriques isolés électriquement entre eux et agencés de sorte à pouvoir transmettre leurs tensions au fil par simple effleurement et sans entraver sa progression. Une (ou plusieurs) source(s) de courant/tension est (sont) connectée(s) à une (ou plusieurs) paires de contacts de sorte à faire circuler un courant électrique dans le fil. Le fil a la possibilité d'effleurer simultanément les deux contacts constituant la (une) paire.

   La probabilité d'effleurement augmente avec le nombre de paires de contacts présentes à l'intérieur de la dite canalisation et connectées aux deux pôles de la (d'une) source de courant/tension.

[0028] Le transport du fil usé depuis la zone d'usinage vers le bac de récupération est réalisé de préférence selon la description ci-dessus à l'aide d'une canalisation, ou d'éléments de canalisations tubulaires. Cette façon de faire n'est évidemment pas exclusive. On connaît des dispositifs similaires utilisant deux courroies entre lesquelles on fait cheminer le fil. Dans ce cas il est facile de concevoir un dispositif selon l'invention, mettant en ¼oeuvre un élément de canalisation placé en aval des courroies, par exemple.

Claims (11)

1. Dispositif de coupe pour fils de machines à électroérosion dans lesquelles le fil-électrode après son passage dans une zone d'usinage est coupé en tronçons qui sont évacués en tant que déchets, le dispositif comportant, un dispositif de cheminement du fil usé depuis la zone d'usinage vers un récipient de récupération, au moins un contact électrique relié à l'un des pôles d'une source de tension/courant, caractérisé par le fait que le fil est soumis à un fluide diélectrique dont la vitesse de déplacement est suffisamment élevée pour installer un régime d'écoulement turbulent et que le fil effleure sporadiquement le contact sous l'effet des mouvements latéraux aléatoires du fluide et se trouve porté au potentiel électrique du contact.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre pôle de la source de courant/tension est relié à un contact situé en aval de la zone d'usinage.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre pôle de la source de courant/tension est relié à un contact situé en aval du dispositif de cheminement du fil usé.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil est propulsé à l'intérieur d'un élément de canalisation par un fluide diélectrique s'écoulant en régime turbulent et que le contact électrique est placé à l'embouchure de sortie dudit élément de canalisation.

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil est propulsé à l'intérieur d'un élément de canalisation par un fluide diélectrique s'écoulant en régime turbulent et que le contact électrique est placé à l'intérieur dudit élément de canalisation.

6. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paire de contacts électriques isolés entre eux et reliés chacun à un des pôles opposés de la source de tension/courant, lesdits contacts étant placés à l'intérieur d'un élément de canalisation dans lequel le fil est propulsé par un fluide diélectrique s'écoulant en régime turbulent.

7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte une succession d'éléments de canalisation contenant chacun une paire de contacts électriques isolés entre eux et reliés chacun à un des pôles opposés d'au moins une source de tension/courant.

8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs sources de tension/courant.

9. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que la paire de contacts électriques est réalisée sous forme de deux conducteurs bobinés selon une double hélice imbriquée.

10. Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé en ce que les contacts électriques sont constitués de graphite ou de cupro-graphite.

11. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est utilisé dans le but de détecter la présence du fil dans une région particulière de son cheminement, et ceci en détectant un courant débité par la source.