L'invention concerne un procédé de rodage de surfaces coniques, permettant de réaliser le polissage automatique de surfaces coniques ou tronconiques rugueuses, telles que présentées par exemple après le dépôt d'une couche métallique; elle concerne également un dispositif de rodage mettant en oeuvre ce procédé.

Le dépôt de couche métallique sur substrat par méthode telle que par exemple, dépôt chimique en phase vapeur, électrolyse, dépôt sous vide, etc....., conduit à une surface rugueuse due à l'état de cristallisation du métal de la couche. Cette rugosité est formée d'une multitude de petits pics distribués au hasard et qui correspondent au grain du métal.

Lorsqu'il est nécessaire d'obtenir une surface lisse, par exemple pour une cible émettrice de rayons X, un polissage de la surface doit être effectué. Si l'on usine la surface brute, on s'aperçoit alors que la couche déposée s'est fragilisée. En particulier elle n'est plus apte à subir des cycles thermiques de forte amplitude à haute fréquence sans se fissurer rapidement.

La raison semble en être la suivante: lorsque l'outil est approché de la surface en mouvement, il heurte le sommet d'un pic de métal et crée une tension au joint de grain correspondant, ce qui détermine une amorce de fissure. Dans le cas de certains métaux tels que le tungstène, les impuretés font l'objet d'une ségrégation aux joints de grains, entraînant une fragilité à ce niveau d'autant plus grande que les grains sont de grande dimension. Aussi le choc de l'outil et la force qu'il exerce sur l'extrémité du grain entraîne généralement une amorce de fissure au niveau du joint.

Une solution à ce problème consiste à effectuer un rodage préalable de la surface à polir. Dans ce cas des grains d'abrasif viennent user les pics des grains métalliques, mais sans produire de choc. De plus, la force tangentielle qu'exerce les grains d'abrasif sur les aspérités de la surface est de faible valeur, car le grain d'abrasif est maintenu par un liant ou par un fluide, qui offre lui-même une faible résistance à l'arrachement.

Actuellement une telle méthode de rodage n'est malheureusement applicable, que quand la surface à roder ou à polir est plane. Ainsi, pour certaines applications (par exemple l'anode d'un tube à rayon X), la surface est conique ou tronconique et il est difficile de la roder selon une génératrice du cône, sans faire apparaître de facettes et en respectant l'angle du cône, le coût d'un tel rodage étant néanmoins très élevé du fait qu'il s'opère sous la main de l'homme.

Le procédé conforme à l'invention permet, sans présenter les inconvénients ci-dessus cités, de réaliser le rodage automatique de surfaces coniques ou tronconiques rugueuses, en déterminant entre une surface abrasive et la surface à roder des mouvements relatifs tels que l'usure par l'abrasif s'effectue avec une même qualité en tous points de la surface conique.

Selon l'invention, un procédé de rodage de surfaces coniques, dans lequel est provoqué un frottement entre une surface abrasive plane et la surface conique selon une génératrice de celle-ci, cette surface conique admettant comme axe de révolution l'axe principal de symétrie de la pièce, est caractérisé en ce que la pièce étant fixée libre en rotation autour de son axe de symétrie principal, il consiste à déplacer la pièce circulairement autour d'un premier axe qui est sensiblement perpendiculaire au plan de la surface abrasive et qui coïncide avec l'axe de symétrie du support, de manière à modifier continûment un angle de frottement formé entre la génératrice en contact avec la surface abrasive et la direction moyenne de cette dernière, et à permettre sous l'effet des frottements avec la surface abrasive, la rotation de la pièce autour de son axe de symétrie principal à des vitesses variables et dans des sens alternés, en fonction de la position de la pièce par rapport au premier axe.

L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui suit, et aux deux figures annexées parmi lesquelles:

• - la figure 1 montre schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, un agencement du dispositif de rodage de l'invention et une disposition d'éléments caractéristique du procédé conforme à l'invention;
• - la figure 2 montre plus en détail des mouvements relatifs entre des pièces à roder et une surface abrasive.

La figure 1 illustre le fonctionnement d'un dispositif 1 de rodage conforme à l'invention, permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le dispositif comporte, représenté schématiquement, un support de pièces 2 capable de supporter n pièces P₁,.....P_n, grâce à autant de bras supports B₁,......B_n; n étant dans l'exemple non limitatif décrit limité à 2, le support de pièces 2 supporte grâce à un premier et un second bras support B_t, B₂ une première et une seconde pièce P_t,2₂, ayant respectivement une première et une seconde surface conique S_i,S₂. Ces surfaces coniques S"S2 sont destinées à être rodées selon le procédé de l'invention, par frottement contre une surface abrasive 3 plane, représentée sur la figure 1 par une droite en traits pointillés.

Le support de pièces 2 est muni d'un corps 4 principal, auquel sont fixés par une de leurs extrémités le premier et le second bras support B_t, B₂. Le support de pièces 2 comporte un axe de symétrie 5 qui constitue un premier axe 5 de rotation, autour duquel il est capable d'un mouvement de rotation dans un sens tel que montré par la première flèche 6; ce premier axe 5 étant sensiblement perpendiculaire au plan de la surface abrasive 3. Ce support de pièces 2 est ainsi maintenu libre en rotation au-dessus de la surface abrasive 3, grâce à des moyens connus en eux-mêmes tels que par exemple, une potence 7 comportant des moyens de roulement 8, dans lesquels est maintenu un arbre 9, lui-même solidaire du corps principal 4.

Le premier et le deuxième bras supports B₁, B₂ sont fixés par leur autre extrémité, respectivement à la première et à la seconde pièce P₁, P₂, grâce à un premier moyen de fixation 10 muni d'un axe de roulement 11 disposé selon un axe de symétrie principal AS₁, AS₂ de chaque pièce; chaque axe de symétrie principal AS₁, AS₂ étant dans l'exemple non limitatif décrit, confondu avec un axe longitudinal du bras support B₁, B₂ correspondant.

Chaque pièce P_l, P₂ est ainsi maintenue du côté de sa base b₁, b₂ d'une part, libre en rotation autour de son axe de symétrie principal AS₁, AS₂ dans un premier ou un second sens, comme illustré par les seconde et troisième flèches 13, 14, et d'autre part en contact par sa surface conique S₁, S₂ avec la surface abrasive 3. Il est à noter également qu'un premier et un second angle α₁ a₂, formés entre le premier axe de rotation 5 et chacun des axes de symétrie principal AS₁, AS₂ sont tels que chaque surface conique S₁, S₂ est en contact avec la surface abrasive 3 selon une génératrice G₁, G₂ de cette surface conique, les deux génératrices G₁, G₂ étant ainsi dans un même plan chaque surface cônique S₁, S₂ admettant comme axe de révolution l'axe de symétrie principal AS₁, AS₂ de sa pièce P_l, P₂.

Il est possible avec le dispositif 1 et le procédé conforme à l'invention, de roder une unique surface conique ou tronconique (non représentée), ou simultanément plusieurs de ces surfaces ayant des géométries différentes, ou semblables avec des angles de cônes a₃, a₄ égaux ainsi que dans l'exemple décrit; si les angles de cônes a₃, a₄ sont différents les bras supports B₁, B₂ et les axes de symétrie AS₁, AS₂ avec lesquels ils sont respectivement alignés, présentent par rapport au premier axe de rotation 5 une angulation différente. Ce cas est illustré sur la figure 1 où la seconde pièce P₂, représentée en traits pointillés et repérés P_a, comporte un angle de cône α_a différent, sa surface cônique Sa ayant une nouvelle génératrice G_a également en contact avec la surface abrasive 3; son axe de symétrie principal AS_a forme avec l'axe de rotation 5 un angle α_a différent du premier angle α₁.

L'angulation désirée d'un bras support B₁, B₂ peut être obtenue de différentes manières, en agissant par exemple au niveau de la fixation de ce bras au corps principal 4 du support de pièces 2. A cette fin dans l'exemple non limitatif décrit, les bras supports B₁, B₂ sont solidarisés au corps principal 4 par l'intermédiaire de second moyens de fixation 15, articulés autour d'un pivot 16 et munis de moyens de blocage 17, permettant aux bras supports B₁, B₂ d'être maintenus selon les angles α₁, a₂; les bras supports B₁, B₂ étant dans l'exemple non limitatif décrit du type télescopique, grâce à un premier tube 18 coulissant dans un second tube 19, leur permettant d'avoir une longueur L ajustable.

Cette disposition permet grâce au réglage de l'angulation des bras supports B₁, B₂ d'imposer par rodage l'angle de cône a₃, a₄ des pièces P_l, P₂. Les bras support B₁, B₂ comportent en outre un dispositif réglable de force de poussée 20, agissant selon l'axe de symétrie principal AS_i, AS₂ ou axe longitudinal des bras supports, permettant d'ajuster la force selon laquelle la pièce P_l, P₂ est en contact avec la surface abrasive 3, et permettant notamment de compenser l'usure de la surface cônique S₁, S₂. Le dispositif 20 de force de poussée peut comporter par exemple d'une manière classique, des ressorts (non représentés) dont l'action est ajustable grâce à un moyen de réglage et de blocage 21, accessible par une ouverture 22 pratiquée dans le second tube 19.

Ce dispositif 20 peut être solidaire par exemple du premier tube 18, de manière à permettre également un blocage de la longueur L d'un bras support B₁, B₂.

Dans cette première version du dispositif 1 selon l'invention, le support de pièces 2 est couplé à des moyens d'entraînement constitués, dans l'exemple non limitatif décrit, par des moyens moteurs 25 autonomes classiques, par l'intermédiaire par exemple de l'arbre 9, afin de provoquer sa rotation autour du premier axe 5, et entraîner ainsi un déplacement circulaire des pièces autour de ce premier axe; ce déplacement circulaire s'effectuant parallèlement au plan de la surface abrasive 3, cette dernière étant également mise en mouvement par des moyens connus, non représentés.

Un tel agencement permet la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans lequel le rodage de la surface conique S₁, S₂ d'une pièce P_l, P₂ est obtenu par une combinaison de mouvements de la pièce P_t, P₂ et de la surface abrasive 3 plane.

La surface conique S₁, S₂ de la pièce P₁, P₂ étant en appui sur la surface abrasive 3, selon la génératrice G₁, G₂ de cette surface conique S₁, S₂ comme il a été précédemment expliqué, le procédé selon l'invention consiste à provoquer et à permettre simultanément, les mouvements suivants:

• - a provoquer un premier mouvement de la surface abrasive 3, selon une direction moyenne A donnée. Dans l'exemple non limitatif décrit ce premier mouvement de la surface abravise peut consister en un mouvement linéaire dans la direction A, pouvant être obtenu par exemple, par une bande abrasive fermée sur elle-même et tendue entre des rouleaux actionnés par des moyens d'entraînement traditionnels; une telle installation étant tout à fait classique, elle n'est pas représentée sur la figure.
• - a provoquer un second mouvement de la pièce P_l, P₂, consistant en un déplacement circulaire de celle-ci, autour d'un premier axe 5, comme il a été précédemment expliqué.
• - a permettre un troisième mouvement de la pièce P_l, P₂, consistant en une rotation de celle-ci autour de son axe de symétrie principal AS₁, AS₂.

Le second mouvement ou déplacement circulaire de la pièce P_l, P₂, a pour but de modifier en continu la valeur d'un angle dit angle de frottement (non représenté sur la figure 1), formé entre la ligne, dite génératrice en contact avec la surface abrasive, et la direction moyenne A, cet angle ayant ainsi des valeurs continuement variables entre 0 et 360° par exemple, si le déplacement circulaire s'effectue sur 360° chacune de ces valeurs correspondant à une direction moyenne de frottement (non représentée) différente selon laquelle s'effectue l'usure de la surface conique S₁, S₂ et, finalement son rodage.

La rotation de la pièce P₁, P₂ autour de son axe de symétrie principal AS₁, AS₂ ou troisième mouvement, est une conséquence des deux premiers mouvements, du fait des forces engendrées par le frottement entre la surface abrasive 3 et la surface conique Si, S₂; il est à remarquer que cette rotation de la pièce est plus forte quand la ligne ou génératrice G_i, G₂ de la surface conique S₁, S₂ en contact avec la surface abrasive 3, est sensiblement perpendiculaire à la direction A de la surface abrasive, et tend à s'annuler quand cette génératrice G₁, G₂ est sensiblement parallèle à cette direction A. Une conséquence de ceci est, que cette rotation de la pièce autour de son axe de symétrie principal s'effectue à des vitesses variables et, selon des sens 13, 14 opposés, ainsi qu'il est davantage décrit dans une suite de la description relative à la figure 2. Le but de cette rotation ou troisième mouvement étant que, la ligne ou génératrice G₁, G₂ de la surface conique S₁, S₂ en contact avec la surface abrasive 3, soit constamment renouvelée, de manière à éviter une usure prolongée de cette génératrice susceptible d'engendrer des facettes (non représentées) sur la surface conique S₁, S₂.

La conséquence de cette combinaison de mouvements est un mouvement relatif entre la surface abrasive 3 et la surface conique S₁, S₂, qui assure, par un croisement des frottements, une usure régulière de l'ensemble de cette surface conique permettant d'obtenir des pièces P_l, P₂ ayant une parfaite symétrie de révolution après rodage.

La figure 2 illustre une variante du procédé conforme à l'invention, et représente par une vue de dessus, une autre version du dispositif 1 de rodage selon l'invention.

Cette version montre trois pièces P_l, P₂, P₃ à roder, disposées sur un plateau tournant 26. Ce plateau tournant est destiné à être recouvert d'un abrasif (non représenté), soit solidaire du plateau tournant 26, soit en suspension dans un fluide approprié, d'une manière connue pour plus de clarté de la description, la surface 3 horizontale de ce plateau représente la surface abrasive 3 précédemment décrite, et comporte le même repère que celle-ci. Le plateau 26 est entraîné en rotation par des moyens classiques (non représentés), de manière à tourner autour d'un second axe de rotation 28, représenté sur la figure par un centre du plateau tournant 26.

La figure 2 étant une vue de dessus, les trois pièces à roder sont représentées par leur base b₁, b₂, b₃ et sont disposées de manière que leurs surfaces coniques (non visibles sur la figure 2), soient en contact avec la surface abrasive 3 du plateau tournant 26 selon leurs génératrices respectives G₁, G₂, G₃, ainsi qu'il a été expliqué précédemment ces génératrices G₁, G₂, G₃ sont représentées par un trait pointillé, partiellement confondu dans le plan de la figure 2 avec les bras supports B_i, B₂, B₃ auxquels les pièces P₁, P₂, P₃ sont fixées libres en rotation, comme il a été précédemment décrit. Dans l'exemple non limitatif décrit, l'ensemble formé par les pièces P₁, P₂, P₃ à roder et le support de pièces 2 est en équilibre, et peut tourner librement autour de son axe de symétrie 5 sensiblement vertical, qui constitue le premier axe 5 de rotation (représenté sur la figure 2 par un point); ce déplacement circulaire des pièces P_l, P₂, P₃ délimitant sur la surface abrasive 3, une surface de frottement 40.

Une couronne 30 est disposée sur le plateau tournant 26, en appui par sa paroi 31 contre des galets 32, de manière à pouvoir tourner sur elle-même, dans un sens montré par une quatrième flèche 33, autour du premier axe 5 de rotation; ces galets 32 étant maintenus en position fixe par rapport au centre 28 du plateau tournant ou second axe de rotation 28, grâce à des moyens mécaniques classique non représentés.

Cette couronne 30, dont une première fonction peut être de corriger la planéité du plateau tournant 26, est disposée autour de l'ensemble formé par les pièces P_l, P₂, P₃ à roder et le support de pièces 2, c'est-à-dire autour de la surface de frottement 40, son centre étant sensiblement confondu avec le premier axe 5 ou axe de symétrie du support de pièces 2; cet axe de symétrie étant maintenu en position fixe dans l'espace, par la potence 7 par exemple (non représentée sur la figure 2).

En fonctionnement, le plateau tournant 26 tourne dans le sens d'une cinquième flèche 34 par exemple, et entraîne la rotation de la couronne 30 sur elle-même, en raison des forces de frottement que lui applique la surface abrasive 3; cette rotation de la couronne 30 s'effectuant dans le sens montré par la quatrième flèche 33, ce sens correspondant également à celui du déplacement circulaire des pièces P₁, P₂, P₃ à roder autour du premier axe 5. Ce déplacement circulaire des pièces P_l, P₂, P₃ à roder est obtenu, dans cette variante de l'invention, également grâce au frottement de la surface abrasive 3 sur les génératrices G₁, G₂, G₃ des surfaces coniques; cet effet étant correctement obtenu, quand au moins trois pièces P_l, P₂, P₃ sont rodées simultanément.

Dans ce cas, le rodage s'effectue selon la forme existante de la pièce P_l, P₂, P₃, et permet de conserver d'éventuelles ondulations de la génératrice G₁, G₂, G₃ de la surface conique d'une pièce n'ayant pas une symétrie de révolution parfaite.

L'usure des surfaces coniques s'accomplit comme il a été précédemment décrit, grâce à la combinaison des mouvements de la surface abrasive 3 et de la pièce P_l, P₂, P₃. En prenant pour exemple successivement chacune des trois pièces, dans la position qu'elles occupent sur la figure 2, on remarque:

• - pour la première pièce P_l: qu'une première direction moyenne A1 du mouvement de la surface abrasive 3 au niveau de la première génératrice G₁, selon laquelle s'effectue l'usure, est sensiblement parallèle à cette première génératrice cette configuration tendant à annuler la rotation de la pièce ou troisième mouvement mentionné précédemment autour de son axe de symétrie principal (confondu avec le premier bras B₁ sur la figure 2).
• - pour la seconde pièce P₂: on remarque qu'une seconde direction moyenne A2 du mouvement de la surface abrasive 3, au niveau de la seconde génératrice G₂, forme avec cette dernière dans l'exemple non limitatif décrit un angle de frottement a5 permettant que le frottement de la surface abrasive détermine une rotation de la seconde pièce P₂ autour de son axe de symétrie principal (confondu sur la figure 2 avec le bras B₂); cette rotation de la pièce P₂ s'effectuant dans un premier sens montré par la seconde flèche 13.
• - pour la troisième pièce P₃: on remarque qu'une troisième direction moyenne A₃ du mouvement de la surface abrasive 3, au niveau de la troisième génératrice G₃, forme avec cette troisième génératrice un second angle de frottement a₆ suffisant pour que la surface abrasive 3 détermine une rotation de cette troisième pièce P₃ autour de son axe de symétrie principal (confondu avec un troisième bras support 8₃); cette rotation de la troisième pièce P₃ s'effectuant dans un second sens de rotation, opposé au premier, montré par la seconde flèche 14.

On peut remarquer également qu'en fonction de la vitesse de la surface abrasive 3 et, de la vitesse de rotatin (troisième mouvement) acquise par la première pièce P₁ par exemple, l'inversion du sens de rotation (13, 14) de la pièce tournant sur elle-même peut se produire après la position où la génératrice G, en contact avec la surface abrasive 3, est parallèle à la direction moyenne A₁, de cette dernière.

Ces explications montrent que l'usure des surfaces coniques (non visibles sur la figure 2) s'effectue par un renouvellement des génératrices G₁, G₂, G₃ en contact avec la surface abrasive 3, grâce à la rotation des pièces P_l, P₂, P₃ autour de leur axe de symétrie principal, et montrent que le sens 13, 14 et la vitesse de cette rotation est fonction de la position de la pièce P_l, P₂, P₃ par rapport au premier axe 5. Il est à remarquer en outre que la vitesse de rotation d'une pièce, varie également en fonction de sa distance (non représentée) au centre 28 du plateau tournant 26; ainsi par exemple la vitesse de rotation de la seconde pièce P₂ est supérieure à celle de la troisième pièce P₃, compte tenu des positions que ces pièces P₁, P₂ occupent sur le dessin de la figure 2.

Il est à noter en outre que le déplacement circulaire des pièces P_l, P₂, P₃ autour du premier axe de rotation 5, est obtenu dans cet exemple grâce au frottement entre ces pièces et la surface abrasive 3; ceci permettant une mise en oeuvre simplifiée, qui ne nécessite pas l'utilisation des moyens moteurs 25 représentés sur la figure 1, les moyens d'entraînement 3 - P_i - P₂ - P₃ étant dans cette version de l'invention, constitués par la surface abrasive 3 et les pièces P₁, P₂, P₃.

Dans l'exemple qui vient d'être décrit, les pièces P_l, P₂, P₃ à roder sont en appui sur la surface abrasive 3 ou surface du plateau tournant, par gravité mais il est également possible de revenir à une configuration comme celle de la figure 1, où les pièces sont en appui sur la surface abrasive 3 selon une force calibrée, en utilisant comme appui et comme moyen d'entraînement la couronne 30. A cet effet, il suffit de solidariser le support de pièces 2 avec la couronne 30, grâce à des moyens mécaniques courants, symbolisés sur la figure 2 par trois barres 36 représentées en traits pointillés.

Dans cette dernière configuration, la rotation du plateau tournant 26 entraîne la rotation de la couronne 30 sur elle-même ainsi qu'il a été précédemment expliqué, et le support de pièces 2, solidaire de la couronne 30, tourne avec celle-ci autour du premier axes 5; les pièces P_l, P₂, P₃ sont ainsi entraînées dans leur déplacement circulaire et tournent autour de leur axe de symétrie principal montrés sur la figure 1, alternativement dans un sens 13 et dans l'autre 14 ainsi qu'il a été précédemment décrit cette dernière configuration permet le rodage d'une unique pièce, comme dans l'exemple de la figure 1, et évite l'utilisation des moyens moteurs 25 et de la potence 7, les moyens d'entraînement étant ainsi constitués par la surface abrasive et la couronne 3 - 30.

Le procédé de rodage conforme à l'invention et le dispositif de rodage permettant sa mise en oeuvre, sont applicables au rodage de toutes surfaces coniques ou tronconiques, et permettent à la fois, une amélioration considérable de la qualité du rodage et, une diminution importante des coûts.