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Patent Searching and Data


Title:
ULTRASONIC DRIVING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/207851
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for driving a first component (11) into a second component (12) by superimposing a mechanical wave of ultrasonic frequency (18) onto the movement (17) of at least one of the components (11, 12). The method comprises a step of adjusting the parameters of the method in order to control the quantity of energy dissipated at the interface (13) between the two components (11, 12). In particular, the oscillatory displacement at ultrasonic frequency is measured optically at a frequency greater than the ultrasonic application frequency and the oscillation amplitude is therefore estimated in real time in order to be able to keep same constant during the driving operation as a result of adjusting the ultrasonic power injected into the system. In particular, the method consists of driving timepiece components such as a pin, a shaft, a tube, a pinion, a screw foot, a post, a tube, an hour wheel, a timepiece jewel, a bearing, a timepiece shock-absorber, an intermediate part in a plate, a bridge, a ring, an intermediate part, a timepiece wheel, a disc, a dial, a hand or a bracelet link.

Inventors:
AZAU, Csaba (Pré-du-Marché 34, 1004 Lausanne, 1004, CH)
JACOT, Jacques (Au Ruz Baron 42, 2046 Fontaines, 2046, CH)
Application Number:
IB2016/053779
Publication Date:
December 29, 2016
Filing Date:
June 24, 2016
Export Citation:
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Assignee:
ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE (EPFL) (EPFL-TTO, EPFL Innovation Park J, 1015 Lausanne, 1015, CH)
International Classes:
A44C17/04; B23K1/00; B23K1/06; B23K20/10; B28D5/00; G04D1/08; G04D3/04
Foreign References:
FR2084726A51971-12-17
US20070257083A12007-11-08
US6827247B12004-12-07
GB2250837A1992-06-17
EP1468811A12004-10-20
JPH0246675A1990-02-16
JPH1024939A1998-01-27
DE9305285U11993-06-09
DE102013209407A12014-12-11
DE102012211327A12014-01-02
EP1445670A12004-08-11
EP1708045A22006-10-04
EP1850193A12007-10-31
Other References:
M. NORGIA ET AL: "Dedicated optical instruments for ultrasonic welder inspection and control", MEASUREMENT., vol. 43, no. 1, 1 January 2010 (2010-01-01), GB, pages 39 - 45, XP055310038, ISSN: 0263-2241, DOI: 10.1016/j.measurement.2009.06.006
Attorney, Agent or Firm:
GROSFILLIER, Philippe (P.O Box 5107, 1002 Lausanne, 1002, CH)
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Claims:
Revendications

1. Procédé de chassage d'au moins un premier composant (11) dans un deuxième composant ( 12) en superposant une onde mécanique de fréquence ultrasonique (18) au mouvement (17) d'au moins l'un des composants (11, 12), ledit procédé étant caractérisé par au moins une dimension fonctionnelle inférieure ou égale à environ trois millimètres et une méthode de réglage des paramètres de procédés permettant le contrôle de la quantité d'énergie dissipée à l'interface (13) entre les deux composants (11 , 12).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la direction de propagation des ultrasons (18) est composée d'au moins un mode vibratoire choisi, qui peut être par exemple, mais pas seulement, parallèle au mouvement (17) de l'outil de chassage (15), perpendiculaire au mouvement (17) de l'outil de chassage (15) et/ou tangentiel à ce dernier (15).

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'énergie des ultrasons (18) est dissipée de manière contrôlée aux aspérités (14) de l'interface (13) en contact entre les composants (11, 12), ledit contrôle étant réalisé à travers le réglage de l'impédance acoustique aux points de contact (14) de l'interface (13).

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'énergie dissipée des ultrasons (18) élève très localement la température de ces points de contacts (14) jusqu'à atteindre au moins la dégradation des propriétés mécaniques de ces points de contact (14) sinon leur fusion.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la dégradation des propriétés mécaniques et/ou la fusion des points de contact (14) entre les composants (11, 12) réduit signifïcativement la force de chassage par rapport à un procédé de chassage conventionnel sans superposition d'ultrasons.

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'augmentation de la température aux points de contacts (14) de l'interface (13) accélère la diffusion locale entre les composants (11, 12) jusqu'à obtenir des points de brasure (20) et/ou des points de soudure (21) sans modification dimensionnelle ni dégradation esthétique des composants, mais avec une augmentation significative de la tenue mécanique de l'assemblage chassé par ultrasons par rapport à un procédé de chassage conventionnel sans superposition d'ultrasons.

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'augmentation de la température aux points de contacts (14) de l'interface (13) augmente la surface de contact réelle entre les composants (11, 12), ladite augmentation de la surface de contact réelle étant d'autant plus importante que l'un des matériaux mouille, au sens de la capillarité, ou enveloppe, par déformation élastique ou plastique, le deuxième, l'augmentation de la tenue mécanique étant proportionnelle à cette augmentation de la surface de contact réelle.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'augmentation de la surface de contact réelle entre les composants (11, 12) crée au moins un serrage mécanique de forme ayant éventuellement les mêmes dimensions que les aspérités (14) de l'interface (13) entre les composants (11, 12).

9. Utilisation d'un procédé selon l'une des revendications précédentes, pour le chassage d 'au moins un pre- rnier composant (11) dans un deuxième composant (12).

10. Utilisation selon la revendication 9, dans laquelle le premier composant est une goupille, un axe, un pignon, un pieds-vis, un tenon, un tube, un canon, une pierre horlogère, un palier, un antichoc horloger, une pièce intermédiaire et/ou une autre pièce de l'habillage et/ou du mouvement d'une montre.

11. Utilisation selon la revendication 9 ou 10, dans laquelle le deuxième composant est une platine, un pont, une bague, une pièce intermédiaire, une roue d'horlogerie, une planche, un cadran, une aiguille, une maille de bracelet et/ou une autre pièce de l'habillage et/ou du mouvement d'une montre.

12. Utilisation d'un procédé selon l'une des revendications précédentes, pour le chassage autour d'un premier composant (11) d'un deuxième composant (12).

13. Utilisation selon la revendication 12, dans laquelle le premier composant est une goupille, un axe, un tube, un pignon un pignon, un pieds-vis, un tenon, un tube, un canon, une pierre horlogère, un palier, un antichoc horloger, une pièce intermédiaire et/ou une autre pièce de l'habillage et/ou du mouvement d'une montre.

14. Utilisation selon la revendication 12 ou 13, dans laquelle le deuxième composant est une platine, un pont, une bague, une pièce intermédiaire, une roue d'horlogerie, une planche, un cadran, une aiguille, une maille de bracelet et/ou une autre pièce de l'habillage et/ou du mouvement d'une montre.

15. Assemblage de pièces obtenu par un procédé tel que défini dans l'une des revendications 1 à 8.

Description:
PROCEDE DE CHASSAGE PAR ULTRASONS

Demande correspondante

La présente demande revendique la priorité de la demande européenne N° EP 15173943.0 déposée le 25 juin 2015 au nom de l'ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE (EPFL), le contenu de cette demande antérieure étant incorporé par référence en son entier dans la présente demande.

État de l'art

La présente invention concerne le procédé de cbassage par ultrasons, plus précisément une technique d'attachement par brasage et/ou soudage à l'interface entre au moins deux composants résultant de la dissipation contrôlée de l'énergie des ultrasons superposés au mouvement d'au moins un composant.

On connaît, notamment par les documents JP0246675A, JP1024939A, DE9305285UU1, DE102013209407A1, des procédés de chassage analogues pour lesquelles ni diminution de la force de chassage ni augmentation de la tenue mécanique des assemblages chassés ne sont reportés. La tenue mécanique des assemblages chassés avec de tels procédés est assurée par un frottement à l'interface entre les composants.

De tels procédés sont notamment utilisés pour l'assemblage de composants sur des cartes électroniques. Pour ces applications particulières, la forte compression de la partie élastique du connecteur électronique nécessaire à son insertion complète rend la superposition d'ultrasons avantageuse durant cette phase du cycle de chassage.

On connaît, notamment par le document DE 102012211327A1, des procédés de chassage analogues sans augmentation de la tenue mécanique des assemblages chassés. La tenue mécanique des assemblages chassés avec de tels procédés est assurée par un frottement à l'interface entre les composants. Comme on le verra dans la description détaillée, l'expérience contredit cette affirmation dans le cas du chassage par ultrasons.

Un tel procédé est notamment utilisé pour l'assemblage de vannes d'injection de carburant. Pour ces applications particulières, la très faible épaisseur de la paroi du manchon de soupape de Pélectro-vanne d'injection direct d'essence rend le chassage de cette pièce sur le corps de la soupape impossible sans la superposition d'ultrasons au mouvement de l'outil de chassage.

La publication par Csaba Laurenczy, Damien Berlie et Jacques Jacot intitulée "Ultrasonic press-fitttng: a new assembly technique" et publiée dans les actes de la conférence IPAS ayant eu lieu du 16 au 18 février 2014 à Chamonix en France introduit les difficultés liées au procédé de chassage conventionnel et met en évidence la réduction significative de la force de chassage. L'hypothèse d'une réduction du coefficient de frottement en pré- sence des ultrasons est avancée sans démonstration. Comme on le verra dans la description détaillée, l'expérience exécutée depuis cette publication contredit cette hypothèse.

Le chassage est une technique d'attachement communément connue et pratiquée pour assembler au moins deux composants sans matériau d'apport externe et sans pièce supplémentaire durant l'entier de la durée de vie des composants et avec la possibilité d'au moins un démontage. Selon le procédé de chassage conventionnel, la tenue

mécanique de l'attachement d'au moins deux composants chassés est assurée par le frottement à l'interface entre ces composants. Ce frottement est dû à la différence de dimensions entre le premier composant et le deuxième. Cette différence est souvent appelée interférence ou serrage. Cette interférence engendre une dilatation du composant externe et une compression du composant interne dont la combinaison crée une pression à leur interface. Cette pression est à l'origine du frottement.

Le procédé de chassage conventionnel souffre de plusieurs inconvénients comme par exemple, mais pas seulement, des forces de chassage relativement élevées par rapport aux tenues mécaniques obtenues. Ces forces de chassages élevées ajoutent des fonctions techniques supplémentaires sur les composants souvent coûteuses à réaliser. Ces fonctions servent par exemple à augmenter la limite élastique du matériau d'au moins un composant ou à augmen- ter au moins une des dimensions critiques d'au moins un composant afin de baisser la contrainte mécanique correspondante et d'éviter ainsi les déformations plastiques permanentes de ces composants.

On connaît, notamment par les documents EP1445670A1, EP1708045A2, EP1850193A1, des constructions du deuxième composant comportant des parties élastiques permettant d'éviter les déformations plastiques permanentes et/ou les ruptures lors du chassage. Le rôle de cette partie élastique est d'autant plus important lorsque le composant est réalisé dans une matière fragile.

De telles constructions sont notamment utilisées pour l'assemblage de roues d'horlogerie réalisées dans une matière fragile telle que, le silicium. Le but recherché est la diminution des forces de chassage et donc des contraintes mécaniques. L'utilisation du chassage par ultrasons permet d'atteindre ce même objectif sans modifier ni la construction ni le matériau des composants par la diminution de la force de chassage intrinsèque à l'objet de l'invention. Les forces de chassages élevées typiques du chassage conventionnel nécessitent parfois l'ajout d'opérations supplémentaires coûteuses à la gamme opératoire. Par exemple l'utilisation d'huiles ou de graisses particulières, appliquées sur au moins un composant, permet dans certains cas la diminution des forces de chassages. Ces lubrifiants peuvent avoir un impact négatif sur les opérations de fabrication ultérieures ou nécessiter des opérations de lavage supplémentaires.

Les forces de chassages élevées peuvent endommager ou amener à la rupture au moins un composant. Les composants fragiles, en particulier les pierres horlogères en céramique ou les roues d'horlogerie en silicium, sont particulièrement exposées à ce risque. En cas d'endommagement ou de casse d'au moins un composant, les fonctions assurées par celui-ci peuvent être supprimées et/ou la tenue mécanique diminuée. Dans un tel cas, au moins ce composant doit être remplacé. Cette opération est souvent très coûteuse.

La première demande européenne EP 15173943.0 dont la présente demande revendique la priorité discute également de façon détaillée la technique du chassage, ses principes et ses modèles (voir notamment les chapitres 2, 3 et 4 de la description de cette demande antérieure) et il est fait référence à cette discussion par référence dans la présente description.

D'un autre côté, l'utilisation des ultrasons comme vecteur d'énergie est connue, comme décrit dans la première demande européenne EP 15173943.0 dont la présente demande revendique la priorité, et il est fait référence à cette discussion par référence dans la présente description (voir notamment le chapitre 5 de la description de cette demande antérieure).

Description sommaire de l'invention

Un but de l'invention est de proposer un procédé amélioré par rapport à l'état de la technique.

Plus précisément, un but de l'invention et de proposer un procédé de chassage plus performant que ceux connus, qui a un meilleur rendement, nécessite une force de chassage réduite tout en atteignant une meilleure tenue méca- nique des parties assemblées par ce procédé.

Selon l'invention, le procédé de chassage par ultrasons est une technique d'attachement entre un premier composant et au moins un autre composant par brasage et/ou soudage à l'interface entre ces composants.

L'invention technique réside notamment dans une application originale et inventive du chassage par ultrasons de composants microtechniques, c'est-à-dire de composants dont au moins une dimension fonctionnelle est inférieure ou égale à environ trois millimètres, comme exemple non-limitatif. Pour cela, le contrôle de la dissipation d'énergie des ultrasons, par exemple par le réglage de l'impédance acoustique de l'interface entre les composants, est nécessaire. Les gains et bonnes propriétés liés à l'objet de l'invention ne sont obtenus que pour une plage d'énergie restreinte, par exemple entre 100 mJ, et dépendante de chaque cas d'application. Ce contrôle très précis est difficile à atteindre pour les dimensions microtechniques. En particulier, les points de brasure et/ou de soudure principale- ment responsables de la tenue mécanique d'un tel assemblage sont obtenus, sans modification dimensionnelle et/ou dégradation esthétique des composants, en augmentant localement la température aux points de contact de l'interface entre les composants grâce à la dissipation contrôlée de l'énergie des ultrasons.

Dans un mode d'exécution l'invention concerne un procédé de chassage d'au moins un premier composant dans un deuxième composant en superposant une onde mécanique de fréquence ultrasonique au mouvement d'au moins l'un des composants. De préférence, au moins une dimension fonctionnelle est inférieure ou égale à environ trois millimètres et une méthode de réglage des paramètres de procédés permet le contrôle de la quantité d'énergie dissipée à l'interface entre les deux composants.

Dans un mode d'exécution les directions de propagation des ultrasons sont composées d'au moins un mode vibratoire choisi, dont l'une des dites directions est par exemple, mais pas seulement, parallèle au mouvement de l'outil de chassage, perpendiculaire au mouvement de l'outil de chassage et/ou tangentiel à ce dernier. Dans un tel cas, les ultrasons sont définis comme une onde mécanique longitudinale, respectivement radiale et/ou en torsion.

Dans un mode d'exécution, l'énergie des ultrasons est dissipée de manière contrôlée aux aspérités de l'interface en contact entre les composants. De préférence, ce contrôle est réalisé à travers le réglage de l'impédance acoustique aux points de contact de l'interface.

Dans un mode d'exécution, l'énergie dissipée des ultrasons élève très localement la température de ces points de contacts jusqu'à atteindre au moins la dégradation des propriétés mécaniques de ces points de contact sinon leur fusion.

Dans un mode d'exécution, la dégradation des propriétés mécaniques et/ou la fusion des points de contact entre les composants réduit significativement la force de chassage par rapport à un procédé de chassage conventionnel, c'est-à-dire sans superposition d'ultrasons.

Dans un mode d'exécution, l'augmentation de la température aux points de contacts de l'interface accélère la diffusion locale entre les composants jusqu'à obtenir des points de brasure et/ou des points de soudure sans modification dimensionnelle ni dégradation esthétique des composants, mais avec une augmentation significative de la tenue mécanique de l'assemblage chassé par ultrasons par rapport à un procédé de chassage conventionnel, c'est- à-dire sans superposition d'ultrasons.

Dans un mode d'exécution, l'augmentation de la température aux points de contacts de l'interface augmente la surface de contact réelle entre les composants. L'augmentation de la surface de contact réelle est d'autant plus importante que l'un des matériaux mouille, au sens de la capillarité, ou enveloppe, par exemple mais pas seulement par déformation élastique ou plastique, le deuxième, l'augmentation de la tenue mécanique étant proportionnelle à cette augmentation de la surface de contact réelle.

Dans un mode d'exécution, l'augmentation de la surface de contact réelle entre les composants peut créer au moins un serrage mécanique de forme ayant éventuellement les mêmes dimensions que les aspérités de l'interface entre les composants.

Dans un mode d'exécution, l'invention concerne l'utilisation d'un procédé tel que décrit dans la présente demande, pour le chassage d'un premier composant dans un deuxième composant.

Le premier composant peut être par exemple, mais pas seulement, une goupille, un axe, un pignon, un pieds-vis, un tenon, un tube, un canon, une pierre horlogère, un palier, un antichoc horloger, une pièce intermédiaire et/ou une autre pièce de l'habillage et/ou du mouvement d'une montre.

Le deuxième composant peut être par exemple, mais pas seulement, une platine, un pont, une bague, une pièce intermédiaire, une roue d'horlogerie, une planche, un cadran, une aiguille, une maille de bracelet et/ou une autre pièce de l'habillage et/ou du mouvement d'une montre.

Dans un mode d'exécution, l'invention concerne l'utilisation d'un procédé tel que décrit dans la présente demande, pour le chassage autour d'un premier composant d'un deuxième composant.

Le premier composant peut être par exemple, mais pas seulement, une goupille, un axe, un pignon, un pieds-vis, un tenon, un tube, un canon, une pierre horlogère, un antichoc horloger et/ou un palier.

Le deuxième composant peut être par exemple, mais pas seulement, une platine, un pont, une bague, une pièce intermédiaire, une roue d'horlogerie, une planche, un cadran, une aiguille, une maille de bracelet et/ou une autre pièce de l'habillage et/ou du mouvement d'une montre.

Dans un mode d'exécution, l'invention concerne un assemblage de pièces par le procédé de l'invention. Les pièces assemblées peuvent être par exemple celles-mentionnées ci-dessus, dans le cadre de l'horlogerie, mais sans limitation à ce domaine, d'autres assemblages de pièces pouvant faire appel au procédé selon l'invention.

Description détaillée de l'invention

La dissipation de l'énergie des ultrasons aux aspérités de l'interface des composants provoque au moins l'un des effets décrits ci-après : i. l'augmentation très locale de la température qui amène une dégradation des propriétés mécaniques des aspérités de l'interface entre les composants pouvant aller jusqu'à la fusion d'au moins un des matériaux

ii. la diminution de la contrainte dans la dimension orthogonale à la direction de chassage due à la con- traction de la matière perpendiculairement à la direction d'application de la force de chassage (effet de Poisson)

ni. le positionnement stochastique d'au moins un des composants dans une configuration d'énergie minimale durant tout ou partie du cycle de chassage

Des trois phénomènes, l'effet qui semble le plus important est celui de l'augmentation très locale de la température, puisqu'il permet d'obtenir simultanément une diminution significative de la force de chassage (Fig.1.2) et une augmentation de la tenue mécanique (Fig. 1. 3 ).

Par analogie aux circuits électriques, la dissipation de l'énergie acoustique intervient aux points d'impédance acoustique élevée. Dans le cas présent, ce sont les points de contact de l'interface trou-composant. A ces endroits, deux changements de propriétés du guide d'onde dissipent de l'énergie:

(i) le changement de matériau: de l'acier à roulements de la goupille au laiton de la platine

(ii) la réduction de la section du guide d'onde: du diamètre du composant chassé à celui de chaque aspérité de l'interface alésage-composant.

Sur la base de ce modèle simple, il est possible de dissiper de manière contrôlée de l'éner- gie acoustique aux points de contact de l'interface trou-composant. Pour identifier la

quantité d'énergie acoustique transmise aux points de contact et la comparer avec le travail de la force de chassage, on établit un bilan énergétique du procédé de chassage par

ultrasons (Tab.6.2).

Des bilans d'énergie typiques du procédé de chassage par ultrasons, on tire une observation importante: l'apport d'énergie acoustique des ultrasons est supérieur, dans certains

cas d'au moins un ordre de grandeur, au travail de la force de chassage voir la Fig. 1.1

qui illustre la mesure de la puissance acoustique Pa (— ) et de l'énergie acoustique Ea (- -) pendant un cycle de chassage par ultrasons. L'expression assisté par ultrasons est la

plus fréquemment employée pour décrire uti procédé d'usinage ou d'assemblage auquel une onde mécanique est superposée. Cette idée d'assistance des ultrasons au procédé de chassage était également à l'origine des travaux de recherche menés. Parce que le rôle des ultrasons dépasse le sens du mot assistance, on utilise l'expression chassage par ul- trasons pour identifier cette nouvelle technique d'attachement.

Les premières expériences de chassage par ultrasons confirment la possibilité de transporter de l'énergie jusqu'aux liaisons responsables de la tenue mécanique des composants chassés. 11 manque cependant une signature permettant de comparer la performance du chassage conventionnel à celle du chassage par ultrasons. C'est pourquoi, on définit une nouvelle signature du procédé de chassage: force de chassage - tenue mécanique ainsi qu'un nouvel attribut: le rendement η (sans unité).

Pour caractériser la performance du chassage, on introduit une nouvelle signature en pla- çant les expériences dans le plan défini par la force maximale de chassage en abscisse et la tenue mécanique axiale en ordonnée (Fig.1.2). Dans ce plan et pour chaque essai, le rapport des coordonnées η = Ta/Fm définit ce nouvel indicateur η du rendement des procédés de chassage. Cet indicateur est valable aussi bien pour le chassage conventionnel que pour le chassage par ultrasons.

La figure 1.2 illustre la signature {force de chassage, tenue mécanique} . La pente de la droite de régression linéaire des points expérimentaux définit le rendement η d'un procédé de chassage.

Les paramètres ont été validés sur 150 essais avec une interférence de 0.010 mm, une

avance de 20 mm s " ' pour des platine en laiton (CuZn39Pb2) une longueur de contact

variant de 1.0 mm à 2.9 mm contenant des trous de diamètre 1.002 mm, percé-alésé

avec outil Sphinx 55652 et pour des goupille en acier Ac ClOOCro, d'une longueur de

10 mm ayant une rugosité Ra de 0.0001 mm.

Cet indicateur η du rendement des procédés de chassage est égal à la pente de la droite de régression linéaire des points expérimentaux. Si cette pente est inférieure à 1, donc η < l, la tenue axiale du chassage est intérieure à la valeur théorique prédite par le modèle de Lamé-Clapeyron-Coulomb. En pratique, c'est toujours le cas pour le chassage con- ventionnel (Fig.7).

Par la comparaison de cet indicateur entre le chassage conventionnel et le chassage par ultrasons, on observe que le chassage par ultrasons présente deux avantages remarquables discutés ci-dessous :

(i) une réduction drastique de la force de chassage

(ii) une augmentation significative de la tenue mécanique.

En plus des deux questions directrices liées au chassage microtechnique, une nouvelle problématique devient progressivement importante pour l'industrie horlogère: Comment réduire le coût de la non- qualité lié au chassage horloger?

Ce coût de non-qualité est lié d'une part à la grande variabilité de la tenue mécanique et d'autre part à la casse des pierres synthétiques. En particulier, les forces de chassage élevées qui sont typiques du chassage microtechnique endommagent ou provoquent la casse des pierres synthétiques et des roues d'horlogerie en silicium. Chaque pièce endommagée doit être déchassée et remplacée manuellement. Ce coût de non-qualité se chiffre en dizaines de milliers de francs par an pour la branche horlogère. Le chassage par ultrasons permet d'apporter une solution à ce vieux problème horloger.

La figure 7 illustre la réduction de la force de chassage en présence d'ultrasons

Les paramètres ont été validés sur au moins 9 essais avec une interférence de 0.010 mm, une avance de 10 mm s "1 pour des platine en laiton (CuZn39Pb2) une longueur de contact de 1.0 mm contenant des trous de diamètre 1.002 mm, percé-alésé avec outil Sphinx 55652 et pour des goupille en acier Ac ClOOCrô, d'une longueur de 10 mm ayant une rugosité Ra de 0.0001 mm.

Le chassage par ultrasons est une solution testée à cette problématique universellement constatée dans les manufactures. La réduction de la force de chassage, dans certains cas, d'au moins un ordre de grandeur (Fig.7) permet de diminuer la contrainte mécanique exercée sur le composant, qui peut être fragile, et donc d'éviter sa casse. Ce gain surpasse nettement les gains de quelques pourcents obtenus par les actions d'amélioration continue menées par les manufactures aujourd'hui.

Deux mécanismes simultanés amènent à cette réduction drastique de la force de chassage. Le premier mécanisme est une rupture des points de contact entre la paroi de l'alésage et le composant p. ex. mais pas seulement due à une fatigue oligocyclique. Le composant chassé peut être vu comme un marteau- piqueur de fréquence ultrasonique amenant les liaisons à l'interface alésage-composant jusqu'à leur rupture par un phénomène de fatigue cyclique. Le second mécanisme est une dégradation des propriétés mécaniques des matériaux formant l'interface trou-composant. Cet affaiblissement acoustique de l'interface est dû à une augmentation locale de la température (Ham et Broom, 1957, 1962; Dugdale, 1959). Cette forte hausse de la température, localisée uniquement sur les quelques micromètres carrés de la surface de contact réelle de chaque point de contact, est provoquée par la dissipation de l'énergie acoustique des ultrasons au point d'impédance acoustique la plus élevée. Ces deux mécanismes sont responsables de l'importante diminution de la résistance à la déformation du matériau le plus faible, souvent le laiton de la platine ou du pont; et donc responsables de la diminution de la force de chassage.

Le gain observé d'un facteur deux à dix, est largement supérieur au ratio entre les coefficients de frottement statique μ et cinétique μ 0 . La valeur généralement acceptée de ce ratio est comprise entre 1 et 3 pour le chassage microtechnique. Contrairement à la conclusion de nombreuses publications, la réduction de la force de chassage n'est donc pas due à une diminution du coefficient de frottement. En par- ticulier aux dimensions microtechniques, où la définition même de ces coefficients et les valeurs de ceux-ci sont remises en causes (Chap.4.2 de la demande prioritaire). Si la réduction de la force de chassage peut paraître surprenante a priori, l'augmentation de tenue mécanique est un résultat plus attendu. En effet, on a justifié l'utilisation des ultrasons comme vecteur d'énergie dans le but d'augmenter la tenue mécanique des assemblages chassés. Comment le chassage par ultrasons rend-il possible de multiplier par dix la tenue mécanique des assemblages chassés ?

La tenue mécanique des assemblages chassés par ultrasons est multipliée par la création de points de brasure et/ou de soudure entre la paroi du trou et le composant par dissipation de l'énergie acoustique des ultrasons aux points de contact de l'interface.

La dissipation de l'énergie ultrasonique aux points de contact de l'interface trou-composant est à l'origine de l'augmentation de la tenue mécanique des assemblages chassés par ultrasons. L'augmentation très localisée de la température provoquée par cette dissipation d'énergie acoustique favorise la croissance de la surface de contact réelle entre la paroi du trou et le composant. Cette augmentation de surface s'explique par une plastification drastiquement augmentée. Cette plastification avancée est elle-même due à une résistance à la contrainte radiale diminuée par la dégradation des propriétés mécaniques du matériau le plus faible à cette température. Pour les composants métalliques tels que mais pas seulement les goupilles, pieds-vis, tenons, tubes, aiguilles, mailles du bracelet et autres pièces de l'habillage, un second mécanisme simultané augmente la tenue mécanique des assemblages chassés par ultrasons. La diffusion intermétallique est très nettement favorisée par l'augmentation de température. La création de points de brasure et/ou soudure est ainsi catalysée.

La Figure 13 représente des Boites à moustaches illustrant l'effet du type de composant sur le rendement η du chassage

Les paramètres ont été validés sur 96 essais avec une interférence de 0.010 mm, une avance de 2 mm s " ' pour des platine en laiton (CuZn39Pb2) une longueur de contact variant de 1.0 mm à 2.9 mm contenant des trous de diamètre 1.002 mm, percé-alésé avec outil Sphinx 55652 et pour des goupille en acier Ac C100Cr6, d'une longueur de 10 mm ayant une rugosité Ra de 0.0001 mm.

Pour des essais de principe, sans optimisation des paramètres du procédé de chassage par ultrasons, l'indicateur η prend la valeur η =0.6 pour le chassage conventionnel et η = 2.4 pour le chassage par ultrasons (Fig.1.2). Donc à composants, paramètres de procédé et force de chassage identiques, les composants chassés par ultrasons ont une tenue mécanique quatre fois supérieure à ceux d'un chassage conventionnel.

Par ses deux avantages remarquables, le procédé de chassage par ultrasons offre plusieurs opportunités uniques d'innovations et d'améliorations.

Avec la diminution significative de la force de chassage, le chassage par ultrasons rend possible le chassage de goupilles plus longues sans augmenter leur diamètre et sans risquer leur flambage. Parce que la force de chassage est réduite, les contraintes résiduelles introduites dans la platine ou le pont sont également ré- duites. Cela peut également permettre de chasser des planches minces sur des pignons et /ou de s a i gu i l le s sur de s can on s sans risquer de les m arque r ou d e le s déformer plastiquement. Avec une diminution de la force de chassage d'un facteur deux à dix, le chassage par ultrasons permet également d'obtenir des tenues mécaniques idoines sans casser les pierres synthétiques et donc de diminuer significativement le coût de non-qualité.

Avec une augmentation de la tenue mécanique, le chassage par ultrasons rend par exemple possible le chassage de goupilles plus courtes pour une même tenue mécanique. La miniaturisation des montres en est ainsi facilitée. Avec une tenue mécanique jusqu'à cinq fois supérieure à celle d'un chassage conventionnel, le chassage par ultrasons p. ex. mais pas seulement de goupilles devient une méthode de production économiquement et techniquement concurrente au rivet ag e , au vissage et/ou à la soudure laser p . e x . pour l'assemblage des mailles du bracelet et/ou d'autres assemblages du mouvement ou de l'habillage d'une montre.

Le chassage par ultrasons permet également de diminuer l'interférence sans diminuer la tenue mécanique des pierres synthétiques. Cette diminution de l'interférence apporte une solution à la casse systématique de ces composants fragiles et permet de réduire sensiblement le coût de non-qualité. Référence est également faite au chapitre 6 de la demande prioritaire EP 15173943.0 dont la présente demande revendique la priorité, et ce chapitre 6 est incorporé par référence dans la présente description.

Le procédé de chassage pat- ultrasons selon la présente invention rend possible la réduction de la force de chassage par le biais de l'un des phénomènes physiques décrits ci-dessus ou d'une combinaison de ceux-ci. L'expérience montre une diminution de la force de chassage d'au moins un ordre de grandeur en présence d'ultrasons (Figure 7). Ce gain d'un facteur 5 ou plus est largement supérieur au ratio entre les coefficients de frottement statique et cinétique. La valeur généralement acceptée de ce ratio est comprise entre 1 et 3 pour les cas d'application de cette invention. La réduction de la force de chassage n'est donc pas due à une diminution du coefficient de frottement, en particulier aux dimensions microtechniques ou la définition même de ce coefficient et les valeurs de celui-ci sont remises en causes.

La réduction de la force de chassage lors du chassage par ultrasons permet de de diminuer la déformation élastique due à l'élasticité d'au moins un composant. L'effet d'hystérèse est ainsi moins grande ce qui permet un positionnement relatif entre les composants plus précis et plus répétable. Pour les raisons décrites précédemment, ces gants en précision ne sont pas dus à une diminution du coefficient de frottement.

La réduction de la force de chassage obtenue en appliquant le chassage par ultrasons rend possible la suppression de l'utilisation de lubrifiants ou de revêtements de surface prévus pour obtenir le même effet.

L'expression "assisté par ultrasons" est la plus souvent employée pour décrire un procédé d'usinage ou d'assemblage auquel une onde mécanique est superposée. Cette idée d'assistance des ultrasons au procédé de chassage était également à l'origine des travaux de recherche et de développement ayant menés à l'invention. Cependant l'apport d'énergie des ultrasons est supérieur au travail de la force de chassage. Dans certains cas d'application du procédé décrit par ce brevet, l'énergie des ultrasons est supérieure au travail de la force de chassage d'au moins un ordre de grandeur. Parce que le rôle des ultrasons dépasse le sens du mot assistance, l'expression chassage trasons est employée pour identifier le procédé décrit dans ce brevet d'invention.

Pour obtenir une brasure ou une soudure, les composants doivent être de préférence, mais pas nécessairement, métalliques. Les liaisons crées entre les composants par l'augmentation locale de la température provoquée par la dissipation de l'énergie des ultrasons aux pointe de contact de l'interface est rendue possible mêmes entre métaux réputés non soudables.

La fréquence des ondes mécaniques superposées au mouvement de l'outil de chassage est par exemple, mais pas seulement, supérieure à la limite d 'audition humaine habituellement définie comme égale à 18 kHz. Les fréquences de 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz et 40 kHz sont habituellement utilisées comme fréquences de travail dans les machines de soudage par ultrasons des matières plastiques. Des fréquences supérieures sont également utilisables pour le procédé de chassage par ultrasons.

La commande de l'avance de l'outil de chassage par ultrasons peut être par exemple, mais pas seulement, réalisée au travers d'une boucle d'asservissement en position, d'asservissement en force ou d'asservissement en énergie. Une combinaison de ces trois solutions selon les besoins de l'assemblage des composants est possible. Cette avance peut est comprise dans une plage entre 0.1 mm/s et 300 mm/s selon le cas d'application.

Une réalisation particulière, mais pas unique, de la solution de l'invention est expliquée plus en détail en se référant aux dessins schématiques ci-après.

La Figure 3 illustre une première étape du procédé de l'invention pour chasser un premier composant (11) dans un second composant (12). Les composants (11, 12) sont positionnés l'un par rapport à l'autre par l'action de l'outil de chassage (15) et/ou sous l'action d'au moins une partie posage (16). Les composants (11, 12) sont principalement maintenus ensemble par une brasure (20) et/ou une soudure (21) créée par la dissipation de l'énergie des ultrasons (18). Cette énergie est transmise par l'outil de chassage (15) qui sert de guide d'ondes et/ou par au moins une partie du posage (16) qui peut également servir de guide d'ondes.

La Figure 4 illustre la dissipation de l'énergie des ultrasons (18) est très locale. Cette énergie est dissipée aux aspérités (14) de l'interface (13) entre les composants (11, 12) et qui sont en contact. Les dimensions des aspérités et les propriétés acoustiques des matériaux sont notamment utilisées pour calculer l'impédance acoustique utilisée pour le réglage contrôlé de la dissipation de l'énergie des ultrasons.

La Figure 5 illustre les forces et les moments de force agissant entre un premier composant (10) et un second composant (20) à l'interface (30) trou-composant selon le modèle de Lamé-Clapeyron-Coulomb.

La Figure 6 illustre l'interface (30) trou-composant, y. c. les aspérités (50) entre un premier composant ( 10) et un second composant (20) à l'interface (30) trou-composant.

La Figure 7 illustre (courbes du bas) la réduction de la force de chassage en présence d'ultrasons pour les paramètres validés suivants : une interférence de 0.010 mm, une avance de 10 mm s -1 pour des platine en laiton (CuZn39Pb2) une longueur de contact de 1.0 mm contenant des trous de diamètre 1.002 mm, percé-alésé avec outil Sphinx 55652 et pour des goupille en acier AcC100Cr6, d'une longueur de 10 mm ayant une rugosité Rade 0.0001 mm. La Figure 8 illustre par des boîtes à moustaches illustrant l'effet du type de composant sur le rendement du chassage et les gains du chassage par ultrasons pour les paramètres validés suivants : une interférence de 0.010 mm, une avance de 2 mm s -1 pour des platine en laiton (CuZn39Pb2) une longueur de contact de 1.0 mm contenant des trous de diamètre 1.002 mm, percé-alésé avec outil Sphinx 55652 et pour des goupille en acier Ac ClOOCr6, d'une lon- gueur de 10 mm ayant une rugosité Ra de 0.0001 mm.

Les modes d'exécution de la présente invention sont donnés à titre d'exemple illustratifs et ne doivent pas être considérés comme limitatifs. Des variations sont possibles en faisant notamment appel à des moyens équivalents. Les modes d'exécution peuvent également être combinés entre eux.