Système de réfroidissement d'un outil d'enlèvement de matière monte sur un dispositif rotatif

Abstract

 La présente invention porte essentiellement sur un système de refroidissement d'un outil d'enlèvement de matière maintenu sur l'arbre d'un dispositif rotatif par deux moyens de serrage coaxialement disposés de part et d'autre de cet outil, le système de refroidissement étant essentiellement caractérisé en ce qu'au moins un moyen de serrage (10,12) comporte une turbine (30, 44) apte à être entraînée en rotation avec l'outil d'enlèvement de matière (8).
L'invention porte également sur une meuleuse entraînant en rotation un disque abrasif et munie d'au moins un tel système de refroidissement.

Description

[0001] La présente invention concerne principalement un système de refroidissement d'un outil d'enlèvement de matière monté sur l'arbre d'un dispositif rotatif.

[0002] L'invention porte également sur une meuleuse entraînant en rotation un disque abrasif et équipée d'un tel système de refroidissement.

[0003] Les opérations d'enlèvement de matière réalisées au moyen d'outils entraînés en rotation par un dispositif approprié peuvent prendre différentes formes selon la finalité visée.

[0004] Par exemple, pour réaliser différentes opérations sur des matériaux, notamment des métaux, comme du meulage ou du tronçonnage, on utilise des disques abrasifs entraînés à une vitesse supérieure à 80 mètres par seconde par une meuleuse.

[0005] La meuleuse peut être portative, ou fixée sur un support. Elle peut être déplacée manuellement, ou par des moyens automatisés.

[0006] Un type de disque abrasif connu comprend des toiles de renfort en fibres de verre, imprégnées d'une résine qui comporte des grains d'abrasifs enrobés dans cette résine.

[0007] Les grains abrasifs peuvent comporter du corindon, du zircon et/ou du carbure de silicium de taille et de quantité variables.

[0008] La résine, qui peut être une résine phénolique, constitue, après compactage et polymérisation, une matrice résistance qui crée un lien entre les grains d'abrasifs en permettant ainsi d'assurer la tenue mécanique du mélange lors des efforts de meulage générés par le contact des matériaux.

[0009] Le mélange de résine et de grains abrasifs comporte de plus des adjuvants destinés notamment à améliorer la lubrification et le refroidissement du disque et à modifier la structure de la matrice.

[0010] On se réfère à la figure 1 qui représente schématiquement en perspective une meuleuse électrique portable connue.

[0011] La meuleuse 1 comprenant un corps allongé 2 contenant un moteur électrique alimenté par un câble électrique relié au secteur, et une poignée de maintien 4 fixée sur ce corps.

[0012] Un arbre de sortie 6, monté en porte-à-faux, est disposé perpendiculairement à l'axe principal de la meuleuse 1 près d'une extrémité du corps 2 de cette meuleuse.

[0013] L'arbre de sortie 6 reçoit successivement en partant de l'arrière, une bride d'appui 10 qui prend appui vers l'arrière sur un épaulement 16 de cet arbre, un disque abrasif 8 comprenant un perçage central ajusté sur l'arbre, et un écrou de serrage 12 comprenant un alésage fileté pour permettre son serrage sur l'extrémité de cet arbre.

[0014] Des perçages axiaux 14 sur le pourtour de l'écrou de serrage 12, permettent, en maintenant bloqué l'arbre de sortie 6 de la meuleuse 1, la prise par une clé pour visser cet écrou afin de serrer les faces latérales du moyeu du disque 8 entre deux faces d'appui de la bride d'appui 10 et de l'écrou 12. On réalise ainsi un maintien efficace du disque 8, qui permet de transmettre le couple venant du moteur de la meuleuse 2.

[0015] Un carter de protection 18 est fixé sur le corps 2 de la meuleuse 1 et comporte une partie cylindrique centrée sur l'arbre 6 recouvrant le contour extérieur du disque abrasif 8 sur environ la moitié de ce contour afin de protéger l'opérateur de projections.

[0016] L'utilisation de ce type de meuleuse nécessite un changement régulier des disques abrasifs qui s'usent rapidement.

[0017] Le changement régulier des disques entraîne des coûts plus importants provenant d'une part du temps consacré au changement de disque, et d'autre part de l'utilisation d'un nombre de disques important pour un travail donné. Des risques relatifs à la qualité du meulage peuvent également survenir si les disques sont utilisés dans un état d'usure plus ou moins avancée.

[0018] Ces difficultés sont transposables à l'utilisation de tout outil d'enlèvement de matière entraîné en rotation par un dispositif rotatif dont la vitesse est égale ou supérieure à 45 mètres par seconde. On citera par exemple les opérations d'usinage avec des outils diamants.

[0019] La présente invention a principalement pour objectif d'augmenter la durée de vie des outils d'enlèvement de matière montés sur un dispositif rotatif.

[0020] A cet effet, l'invention concerne un système de refroidissement qui permet le refroidissement d'un outil d'enlèvement de matière entraîné en rotation et maintenu sur l'arbre d'un dispositif rotatif par deux moyens de serrage coaxialement disposés de part et d'autre de cet outil, ce système de refroidissement étant essentiellement caractérisé en ce qu'au moins un moyen de serrage comporte une turbine apte à être entraînée en rotation avec l'outil d'enlèvement de matière.

[0021] Le système de refroidissement de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :

• la turbine comprend des aubes de ventilation radiale de l'outil d'enlèvement de matière.
• la turbine comporte une succession de pales reliées entre elles vers le centre par un moyeu, et vers l'outil d'enlèvement de matière par une face transversale continue formant une face d'appui.
• la face d'appui continue est en appui sur une surface rigide du moyen de serrage comportant sensiblement le même diamètre.
• chacun des moyens de serrage comporte une turbine.
• le premier moyen de serrage est un écrou de serrage se trouvant sur une extrémité libre de l'arbre du dispositif rotatif et le second moyen de serrage est une bride d'appui disposée de l'autre côté de l'outil d'enlèvement de matière.
• une rondelle déflectrice est située au niveau de la partie avant de la turbine de l'écrou de serrage.
• la rondelle déflectrice comporte une partie centrale comprenant des ouvertures, et une partie extérieure conique qui est tournée vers l'outil d'enlèvement de matière.
• l'outil d'enlèvement de matière est un disque abrasif entraîné en rotation par une meuleuse.

[0022] L'invention porte en outre sur une meuleuse comportant au moins un système de refroidissement tel que précédemment défini.

[0023] Selon l'invention, le refroidissement d'un outil d'enlèvement de matière est obtenu par au moins une turbine prévue sur les moyens de fixation de cet outil. Cette adaptation permet d'obtenir de manière simple et économique un refroidissement continu de l'outil d'enlèvement de matière en fonctionnement et ainsi augmenter significativement sa durée de vie.

[0024] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels :

• la figure 1 déjà décrite est une représentation schématique en perspective d'une meuleuse portative de l'art antérieur pour laquelle l'écrou de serrage, le disque abrasif et la bride d'appui sont représentés en vue éclatée ;
• la figure 2 est une représentation schématique en perspective de dessous du système de refroidissement de l'invention sur lequel le disque abrasif est représenté en transparence ;
• la figure 3 est une représentation schématique de coté de la bride d'appui du système de refroidissement de l'invention ;
• la figure 4 est une représentation schématique de face de la bride d'appui du système de refroidissement de l'invention ;
• la figure 5 est une représentation schématique de la bride d'appui du système de refroidissement de l'invention suivant le plan de coupe V-V de la figure 4 ;
• la figure 6 est une représentation schématique de la bride d'appui du système de refroidissement de l'invention suivant le plan de coupe VI-VI de la figure 4 ;
• la figure 7 est une représentation schématique de face de l'écrou de fixation du système de refroidissement de l'invention ;
• la figure 8 est une représentation schématique de coté de l'écrou de fixation du système de refroidissement de l'invention ;
• la figure 9 est une représentation schématique arrière de l'écrou de fixation du système de refroidissement de l'invention ; et
• la figure 10 est une représentation schématique suivant le plan de coupe X-X de la figure 8.

[0025] Dans la description qui suit, les références communes avec la meuleuse de l'art antérieur de la figure 1 sont reprises.

[0026] En référence à la figure 2, un disque abrasif 8 est monté coaxialement sur l'arbre 6 de la meuleuse et est solidarisé sur cet arbre 6 au moyen d'une bride d'appui 10 située du côté arrière où se trouve le corps 2 de la meuleuse et d'un écrou de serrage 12 situé du côté avant indiqué par une flèche notée « AV ». La bride d'appui 10 et l'écrou de serrage 12 sont montés coaxialement sur l'arbre 6 de part et d'autre du disque abrasif 8 en venant ainsi enserrer ce disque 8.

[0027] Plus précisément, le serrage de l'écrou 12 vissé sur un filetage de l'arbre 6 serre axialement le moyeu du disque abrasif 8 sur la bride d'appui 10, qui prend appui sur l'épaulement 16 de cet arbre formant la butée axiale de réaction. L'épaulement 16 de l'arbre comporte deux méplats opposés, qui s'ajustent dans un creux réalisé sur la face arrière de la bride d'appui 10, pour entraîner en rotation cette bride ainsi que le disque abrasif 8.

[0028] La bride d'appui 10 comporte une première turbine 30 comprenant une succession de pales 32 régulièrement réparties le long de la face externe circulaire de cette bride d'appui 10. De façon similaire, l'écrou de serrage 12 comporte une deuxième turbine 44 comprenant une succession de pales 32 régulièrement réparties le long de la face externe circulaire de cet écrou de serrage 12.

[0029] La bride d'appui 10 et l'écrou de serrage 12 munis des turbines respectives 30,44 forment le système de refroidissement du disque abrasif 8.

[0030] On décrit ci-après de façon plus précise la bride d'appui 10 et l'écrou de serrage 12 du système de refroidissement de l'invention.

[0031] En référence aux figures 3 à 6, la bride d'appui 10 comprend une partie arrière 20 en appui sur une partie avant 22, par une face transversale comportant des décrochements axiaux 28 qui s'emboîtent les uns dans les autres permettant ainsi de lier en rotation ces deux parties. Les deux parties avant 22 et arrière 20 sont métalliques et comportent des alésages alignés 24 s'ajustant sur l'arbre 6 de la meuleuse.

[0032] La partie arrière 20 comporte sur sa face arrière un creux 26 comprenant des méplats qui s'ajustent sur les méplats de l'épaulement 16 de l'arbre 6 non représentés sur ces figures.

[0033] La première turbine 30 comporte un alésage ajusté sur les contours cylindriques extérieurs de chaque partie avant 22 et arrière 20 qui sont alignés entre eux. Cette première turbine 30 comporte deux faces transversales parallèles, qui sont serrées axialement entre deux épaulements de chacune des deux parties 20, 22.

[0034] La première turbine 30 comporte une succession de pales 32 orientées sensiblement radialement et qui sont reliées entre elles rigidement vers l'intérieur par le moyeu 35 de la turbine 30, et vers l'avant par une face transversale avant continue 34 de cette turbine qui forme face d'appui.

[0035] La face transversale avant 34 de la première turbine 30 est en appui sur un grand épaulement rigide de la partie avant 22 de la bride d'appui 10, comportant un diamètre extérieur identique à celui de la turbine 30 de manière à caler et à soutenir cette face avant 34. La face transversale arrière de la première turbine 30 est serrée par un petit épaulement de la partie arrière 20, comprenant un diamètre extérieur qui est plus petit que celui du moyeu de cette turbine afin de dégager l'entrée d'air vers les pales 32.

[0036] Les pales 32 sont légèrement incurvées en fonction du sens de rotation de la meuleuse, pour former une turbine centrifuge qui aspire de l'air sur le côté arrière de ces pales, et qui refoule cet air radialement vers l'extérieur.

[0037] Les figures 7 à 10 présentent l'écrou de serrage 12 comprenant un moyeu métallique 40 comportant un alésage taraudé 42 qui se visse sur un filetage de l'extrémité de l'arbre 6 de la meuleuse 1, de manière à serrer une rondelle plate 50 se trouvant sur la face arrière de ce moyeu, sur le disque abrasif 8.

[0038] La deuxième turbine 44 comporte un alésage légèrement conique qui est ajusté sur un contour extérieur correspondant du moyeu d'écrou 40 pour entraîner cette turbine 44 en rotation.

[0039] La deuxième turbine 44 comporte une face transversale arrière continue 36 qui est en appui sur la rondelle plate 50, et une face transversale avant qui est serrée axialement par une rondelle déflectrice 46, serrée à son tour par un anneau élastique 48 emboîté dans une gorge circulaire du moyeu d'écrou 40.

[0040] Le contour extérieur du moyeu d'écrou 40 comporte en avant de l'anneau élastique 48 deux méplats parallèles 52 qui permettent d'engager une clé, et de serrer ce moyeu d'écrou sur l'arbre 6 de la meuleuse.

[0041] La rondelle déflectrice 46 formée dans une tôle emboutie et découpée, comporte une partie centrale plane, et une partie extérieure conique qui est tournée vers le disque abrasif 8.

[0042] Comme pour la première turbine 30, la deuxième turbine 44 comporte une succession de pales 32 orientées sensiblement radialement, qui sont reliées entre elles rigidement vers l'intérieur par le moyeu de la turbine, et vers l'arrière par la face transversale arrière continue 36 de cette turbine 44 qui forme une face d'appui reliant les pales 32 entre-elles.

[0043] Les pales 32 sont de la même manière légèrement incurvées en fonction du sens de rotation de la meuleuse, pour former une turbine centrifuge qui aspire de l'air sur le côté avant de ces pales 32, au travers de quatre ouvertures 54 formant des arcs de cercle découpés dans la partie centrale plane de la rondelle déflectrice 46, et qui refoule cet air radialement vers l'extérieur en le dirigeant sur le disque abrasif 8 par la partie conique de cette rondelle déflectrice.

[0044] On obtient ainsi par la rondelle déflectrice 46 une canalisation de l'air pour mieux refroidir le disque abrasif 8, ainsi qu'une protection mécanique de la deuxième turbine 44 qui se trouve derrière, afin de la protéger lors de sa rotation de contacts avec des matériaux lors des opérations de meulage ou de tronçonnage.

[0045] Avantageusement les turbines 30, 44 sont réalisées par un moulage de matières plastiques, qui représente un procédé économique permettant de réaliser des formes complexes.

[0046] Pour mesurer les résultats du moyen de ventilation, un test comparatif réalisé par la demanderesse, et présenté dans le Tableau 1 ci-dessous, consiste à tronçonner une tôle mécanique avec une meuleuse comprenant un système de fixation standard du disque abrasif, et un système de fixation muni du système de refroidissement de l'invention.

[0047] Deux types de matériaux de tôles sont utilisés. Il s'agit d'un inox 304 pour les essais 1 et 3, et un acier bas carbone pour l'essai 2. Pour les essais 1 et 2, l'épaisseur du disque abrasif est de 1,3 millimètres tandis que pour l'essai 3, l'épaisseur du disque est de 1,8 millimètres.

[0048] La meuleuse utilisée est une meuleuse électrique de puissance de 1 100 Watts et vitesse de rotation de 10 500 tours par minute.

[0049] L'essai consiste en premier lieu à peser et à mesurer le diamètre du disque.

[0050] Puis, une bande de tôle de 1 m de long est découpée à puissance constante pour un ampérage visé de 5 Ampères qui correspond à la puissance maximale de la meuleuse.

[0051] Après tronçonnage, le disque abrasif est de nouveau pesé et son diamètre mesuré.

[0052] Dans chaque colonne on indique successivement des caractéristiques initiales du disque avant l'essai, comprenant le diamètre, l'épaisseur et la masse, et des caractéristiques finales après cet essai, comprenant le diamètre et la masse.

[0053] On calcule à partir de ces essais le facteur GA qui est le rapport entre la masse de métal enlevée sur la tôle, et celle perdue par le disque abrasif. On constate que le gain pour ce facteur GA avec un refroidissement amélioré, est compris entre 17 et 23%, soit en moyenne une usure du disque abrasif réduite de 20%.

[0054] On calcule également un facteur Z exprimé en gramme par minute qui correspond à la quantité d'enlèvement de métal par un disque abrasif lors d'un test de coupe. On constate de l'utilisation du système de refroidissement de l'invention permet d'obtenir une efficacité de découpe au moins aussi importante que pour un montage standard.

[0055] L'invention est applicable pour tous types de disques abrasifs qui peuvent être utilisés notamment pour des opérations effectuées manuellement ou par une machine, de tronçonnage, de meulage, d'ébarbage ou de rectification.

[0056] Enfin, l'invention est plus largement applicable à tout outil d'enlèvement de matière entraîné en rotation par un dispositif rotatif dont la vitesse est égale ou supérieure à 45 mètres par seconde, par exemple dans le cadre d'un usinage mettant en oeuvre des outils diamant.

Tableau 1

			Essai 1		Essai 2		Essai 3
			Montage standard	Ventilation	Montage standard	Ventilation	Montage standard	Ventilation
	Tôle		Inox 304	Inox 304	Acier	Acier	Inox 304	Inox 304
Géométrique initiale Initiale	Diamètre	mm	125	125	125	125	125	125
	Epaisseur	mm	1,3	1,3	1,3	1,3	1,8	1,8
	Poids	g	32,9	32,9	33,0	32,9	45,4	45,4
Géométrique finale	Diamètre	mm	108	112	105	108	104	108
	Poids	g	25,0	26,5	23,5	24,8	31,1	33,5
Facteur Z		g/mn	27,86	27,61	22,61	22,77	30,42	31,53
Facteur GA			3,95	4,88	3,28	3,85	3,02	3,63
	Gain		23%		17%		20%

Revendications

1. Système de refroidissement d'un outil d'enlèvement de matière qui est entraîné en rotation et maintenu sur l'arbre d'un dispositif rotatif par deux moyens de serrage coaxialement disposés de part et d'autre de cet outil, caractérisé en ce qu'au moins un moyen de serrage (10,12) comporte une turbine (30, 44) apte à être entraînée en rotation avec le dit outil d'enlèvement de matière (8).

2. Système de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine (30,44) comprend des aubes de ventilation radiale (32) de l'outil d'enlèvement de matière (8).

3. Système de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la turbine (30, 44) comporte une succession de pales (32) reliées entre elles vers le centre par un moyeu, et vers l'outil d'enlèvement de matière (8) par une face transversale continue (34,36) formant une face d'appui.

4. Système de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face d'appui continue (34,36) est en appui sur une surface rigide du moyen de serrage (10, 12), comportant sensiblement le même diamètre.

5. Système de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des moyens de serrage (10,12) comporte une turbine (30, 44).

6. Système de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier moyen de serrage est un écrou de serrage (12) se trouvant sur une extrémité libre de l'arbre (6) du dispositif rotatif (1) et en ce que le second moyen de serrage est une bride d'appui (10) disposée de l'autre côté de l'outil d'enlèvement de matière (8).

7. Système de refroidissement selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une rondelle déflectrice (46) est située au niveau de la partie avant de la turbine (44) de l'écrou de serrage (12).

8. Système de refroidissement selon la revendication 7, caractérisé en ce que la rondelle déflectrice (46) comporte une partie centrale comprenant des ouvertures (54), et une partie extérieure conique qui est tournée vers l'outil d'enlèvement de matière (8).

9. Système de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'outil d'enlèvement de matière (8) est un disque abrasif (8) entraîné en rotation par une meuleuse (1).

10. Meuleuse comportant au moins un système de refroidissement selon l'une la revendication 9 d'un disque abrasif maintenu sur l'arbre d'une meuleuse par deux moyens de serrage coaxialement disposés de part et d'autre de ce disque.

Dessins