Brevet FR2000194A1 — publié le 19690829

La présente invention concerne un trépan composé d'une broche et d'une tête d'alésage comportant des évidements uniformément répartis à la périphérie dans lesquels sont fixées, au moins deux plaquettes porte lame réversibles en métal dur ou a-5 nalogue, dans des plans radiaux par rapport à l'axe de forage, la lame de chaque plaquette étant décalée dans le sens radial par rapport à la lame de la plaquette suivante et ne travaillant qu'une partie de la largeur de l'anneau. les trépans connus présentent l'inconvénient que le 10 volume à usiner, conditionné par la géométrie de coupe et la place nécessaire à la fixation des outils de coupe, est important, de sorte que les puissances d'entraînement deviennent très grandes et que, dans le cas où on les emploie sur des perçeuses radiales, des aléseuses ou des machines-outils analogues il faut, 15 en vue d'équilibrer l'effort principal de coupe (force radiale de rotation) pour chaque forage, procéder, avec une grande perte de temps, à différents travaux préparatoires tels que soudure et usinage de tétons de guidage, ou tournage de gorges de guidage dans une position exactement prédéterminée» A cela, il faut ajou-20 ter que la très grande force radiale de rotation, due à la géométrie de coupe, suscite les effets négatifs suivants ï - il se produit de très grandes pertes par frottement entre la tête d'alésage et les parois de la forure, ce qui, en outre, exige une grande puissance d'entraînement, 25 - les guidages décrits précédemment ne sont pas capa bles d'équilibrer complètement les forces radiales de rotation, de sorte qu'il se produit au forage des vibrations qui abrègent la durée de vie de l'outil» les frais d'entretien du trépan, c'est-à-dire les frais pour chaque rectification, sont très é-30 levés. Ceci a pour résultat que les trépans, abstraction faite de leur emploi sur les bancs de forage profond, n'étaient jusqu'à présent que rarement utilisés. La présente invention se propose de supprimer ces in-35 convénients. Le dispositif de forage suivant l'invention est caractérisé en ce que chaque plaquette réversible a son arête de coupe dans un plan normal à l'axe de perçage, les plans normaux correspondant à deux plaquettes se suivant dans le sens circulaire étant décalés axialement lfun par rapport à l'autre. 4-0 L'invention sera expliquée ci-dessous, à titre d'exem- 69 00258 2000194 pie, à l'aide des figutes annexées,qui représentent : Fig. 1 un montage d'un trépan en action, en coupe suivant la ligne I-I de la figure 2 ; Fig. 2 une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; ; 5 Fig. 3 une représentation agrandie d'une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2 ; Fig. 4 Une variante de la figure 3 ; Fig. 5 et 6 un montage analogue à celui des figures 1 et 2 dans une exécution modifiée. 10 le trépan 1, dont la broche creuse 3 et la tâte d'alé sage 4 sont représentés sur la figure 1, est étroitement enveloppé par le fourreau 5 de guidage de perçage, déplaçable axiale-ment, qui est maintenu de telle sorte et dont l'extrémité avant a une forme telle que, suivant la grandeur du trépan, la face 15 supérieure de la pièce 7 peut être élastiquement - ou plastique-ment - déformée par la partie frontale 6 en forme de coin du fourreau, ou bien que le fourreau 5» en tournant, creuse on fraise dans la pièce 7 une gorge, et qu'ensuite ce fourreau 5 est fortement pressé dans cette gorge, si bien qu'il est ancré d'une 20 façon immuable dans la pièce 7. le trépan 1 a déjà foré un trou circulaire (65 sur la figure 4) dans la pièce 7» Au fur et à mesure que la profondeur s'accroît, le noyau 11 monté dans la broche d'alésage 3 et se trouve détaché après perforation complète du trou, pouvant alors 25 être retiré de la broche 3» Entre la chemise interne de la broche creuse de perçage et le contour extérieur du noyau, se forme r correspondant à la position de l'outil enlevant les copeaux, le canal d'admission d'huile 13, dont la largeur est de l'ordre de ^1 mm. Dans la tête d'alésage 4 sont prévus, en correspon— 30 dance avec le nombre d'outils à monter, quatre évidements 15, 16 17 et 18, pour les plaquettes réversibles 35, 36, 37 et 38 constituées de préférence en métal dur» Chaque plaquette réversible est appliquée, au moyen du dispositif de blocage 20, dont le talon de retenue 21 prend appui sur la plaquette, sur la paroi de 35 l'évidement. Ceci est obtenu au moyen de la vis Imbus 25 qui est introduite par l'ouverture 23 pratiquée tangentiellement dans la tête d'alésage 4, et peut être vissée dans le dispositif de blocage 20. La mise en place des dispositifs de blocage 20 a lieu par quatre canaux de retour d'huile 27, 28, 29 et 30 qui sont 40 répartis à peu près symétriquement et régulièrement à la 69 00258 2000194 périphérie de la tête d'alésage 4. Ces canaux de retour d'huile vont de la partie frontale de la tête d'alésage 4 à l'extrémité supérieure de celui-ci, où ils débouchent dans les ouvertures 32, comme on peut le voir sur les figures 1 et 2. 5 la figure 3 montre un extrait de la; figure 2 dans le quel on voit la situation de la plaquette réversible 35 pendant le processus de forage. Cette plaquette réversible se présente, comme d'ailleurs toutes les autres, sous une forme plane, symétrique, essentiellement triangulaire, de sorte qu'elle peut, 10 comme le nom l'indique, continuer, après usure du premier tranchant, à être utilisée avec le deuxième tranchant neuf en la tournant de 120°, et ceci encore une fois, après usure de ce dernier, avant d'avoir à monter une plaquette réversible neuve. Chaque plaquette réversible est pourvue de trois arêtes tranchantes 40 15 pour l'usinage du fond de trou, ainsi que de trois surfaces de guidage 42» l'arête tranchante 40 se trouvant en position de travail est située dans un plan normal à l'axe de perçage» l'arête tranchante 40 ne s'étend pas sur toute la longueur de la base correspondante du triangle, mais décroche à partir d'un cran 44 20 situé à peu près au milieu, et à partir de là, devient inutilisable comme arête tranchante» Comme le trépan présente au moins deux plaquettes réversibles, et que ces plaquettes réversibles : sont à peu près régulièrement réparties à la périphérie de la tête d'alésage 4, une des plaquettes 35 est toujours utilisée pour 25 l'usinage d'une partie du fond de trou à l'aide de l'arête tranchante 40, alors que la deuxième plaquette réversible, représentée en traits-tirets figure 3 est l'une des plaquettes 36 ou 38 tournée dans le plan du dessin, les plaquettes 36 et 38 sont, dans les éridements,16 et 18 de lâ tête d'alésage 4 - avantageu-30 sement usinés par étincelage - décalées radialement par rapport aux plaquettes réversibles 35 et 37, de telle sorte que leurs a-rêtes tranchantes 40 usinent la partie restante de la surface du fond du forage. Grâce à ce montage, on peut, dans le cas de deux plaquettes réversibles seulement, obtenir un large équilibrage 35 des forces radiales et par suite éviter l'apparition de frottements et de vibrations, car les couples dus à la géométrie de coupe des plaquettes réversibles sont très petits. Au lieu d'être en métal dur, les plaquettes réversibles peuvent être de préférence réalisées en acier rapide, le montage des plaquettes réver-40 sibles directement dans la tête d'alésage a été considéré comme BAD ORIGINAL 69 00258 2000194 impossible par les spécialistes, pour des raisons d'exécution technique et de précision, L'étincelage électrique a montré la voie de la solution» Pour réaliser un alésage de part en part au moyen d'un 5 trépan, on monte la tête d'alésage 4 vide sur la broche d'entraînement» Puis l'on fait glisser le fourreau de perçage 5 sur la tête d'alésage 4, dans laquelle on monte et on fixe les plaquettes réversibles. Cette façon de procéder évite que les plaquettes ne se trouvent endommagées alors qu'elles sent intro-10 duites montées dans le fourreau» Puis le fourreau de perçage 5 est pressé avec une force importante et, suivant le diamètre du trépan, avec un mouvement tournant contre la pièce 7, de sorte que l'arête traceuse 6 laisse, après retrait, une trace ou une gorge nettement marquée. Ensuite, le trépan 1, dont la broche 15 3 est serrée dans un mandrin non représenté, est abaissé de telle sorte que la tête d'alésage 4, pourvue de surfaces de guidage 9, pénètre dans le fourreau de perçage 5 et se trouve guidé à sa périphérie par celle-ci» Bans la tête d'alésage 4 sont montées, comm- le montre les figures, les quatre plaquettes ré-20 versibles 35-38 dans les évidements correspondants 15-18, où elles sent fixées à l'aide du dispositif de blocage 20 et des vis 25. Lorsque l'on utilise quatre plaquettes réversibles, les deux opposées 35 et 37 sont prévues pour le dégrossissage du noyau 11, et les deux autres 36 et 38 pour la paroi proprement 25 dite du forage- Grâce au montage pratiquement symétrique, on arrive à n'obtenir que de très faibles couples de torsion et par suite le minimum de vibrations, car les forces radiales se compensent pratiquement, en raison de la symétrie. En outre, le fourreau de perçage 5 empêche aussi, naturellement, l'apparition 30 de telles vibrations, car il maintient tout le système d'une façon extrêmement rigide dans la zone de la tête d'alésa6e qui, par la suite, se guide lui-même dans la pièce au moyen de ses suriaces de guidage 9- Dès le début du forage se produit l'admission, à tra-35 vers la broche creuse 3 de l'huile scus pression, qui est, par exemple, envoyée sous une pression de 70-200 atmosphères dans le canal circulaire 13, d'où elle s'écoule sur le fond du trou de la pièce 7, se répand devant les arêtes tranchantes 4O des plaquettes réversibles 35-38, et quitte la tête d'alésage 4 40 par les canaux de retour d'huile 27-30 et leurs ouvertures 32» bad ORIGINAL 69 00258 2000194 Cette huile non seulement assure le graissage des parois du forage 65 et les surfaces correspondantes de la tête d'alésage 4, mais encore cree, entre la surface interne du fourreau de perçage 5 et la tête d'alésage 4 un palier à huile sous pression qui peut 5 aussi être relié directement au canal annulaire 13. Le but principal de cette admission d'huile est toutefois l'entraînement des copeaux de perçage, et en même temps le refroidissement des plaquettes réversibles 35-38. Les copeaux enlevés, poussés par les arêtes tranchan-10 tes 40 des plaquettes réversibles 35-38 sont emportés par l'huile sous pression arrivant à grande vitesse, et évacués par les canaux de retour d'huile 27-30. Le débit d'huile pour un tel forage, de par exemple 50 cm de diamètre, est d'un ordre de grandeur approximatif de 150 litres/minute, l'outil de forage 15 étant entraîné à une vitesse périphérique comprise par exemple entre 70 et 100 m/min. Pour diriger le mélange d'huile-copeaux à la sortie des canaux 27-30, il est prévu au-dessus de leurs ouvertures 32 un élément déflecteur d'huile et de copeaux. D'une façon analogue à celle de la figure 3, la fi-20 gure 4 représente une réalisation spéciale pour machines-outils à faible puissance d'entraînement, avec une tête d'alésage munie de quatre plaquettes réversibles 35a - 38a et une gradation quadruple 60-63 des plans de coupe. On arrive ainsi à ce que chacune des lames n'usine qu'un quart de la forure annu-25 laire 65* Il en résulte que l'on peut usiner avec une puissance d'entraînement diminuée en conséquence. Ou bien l'on peut, particulièrement pour un grand diamètre du porte-lame, prévoir deux ou plusieurs groupes d'arêtes tranchantes couvrant toute la largeur de la forure, l'avance pouvant être alors portée à 30 deux ou plusieurs fois, ce qui évidemment entraîne une augmentation dans les mêmes proportions de la puissance d'entraînement. En général, la forme de la plaquette réversible doit être telle qu'elle puisse être introduite sans difficulté dans la tête d'alésage, et être fixée dans celle-ci à la façon d'un 35 coin. On obtient ainsi entre la tête d'alésage et la plaquette réversible une liaison absolue. Les plaquettes réversibles usinant les parois de la forure sont très peu décalées radialement les unes par rapport aux autres, par exemple de quelques dixièmes à 3 mm pour assurer 40 la plus grande symétrie possible en vue, comme précédemment 69 00258 2000194 expliqué, d'éviter les pertes par frottement et les vibrations, et pour atteindre dans ces conditions de grandes vitesses d'avance. Correspondant aux figures 1 et 2, les figures 5 et 6 5 montrent une autre réalisation. Trois canaux différents d'amenée d'huile sous pression sont prévus dans la tête d'alésage 50; le canal médian pour l'huile de décantation proprement dite, sous 70 atmosphères par exemple, analogue à la réalisation suivant les figures 1 et 2, et de plus deux canaux excentriques 10 52 et 53 qui amènent l'huile de graissage sous une pression de 200 atmosphères par exemple* Cette huile est conduite par des canaux de répartition 55 aux poches 57 pratiquées dans la tête d'alésage 50. Il en résulte un graissage hydrostatique de la tête d'alésage 50 logée dans le fourreau 5 de perçage, déjà à 15 l'arrêt et aux "basses vitesses» Lorsque la vitesse croît, les poches 57 exercent un graissage hydrodynamique de la tête d'alésage, ce qui aidera au guidage précis du trépan et empêchera sûrement l'apparition de vibrations (battement de l'outil de perçage). 20 En ce qui concerne l'arête traçeuse, appelée arête fraiseuse 6 lorsque le fourreau de perçage est appuyé en tournant, elle se présente effectivement sous l'aspect d'une arête fraiseuse, et telle que cette arête traceuse de forme circulaire fermée est divisée par une, ou de préférence plusieurs rai-25 nures radiales par exemple. Les nouvelles arêtes d'attaque de l'arête traceuse ainsi obtenues travaillent alors comme tranchants alors que, par suite de la déformation de la pièce au voisinage de l'arête 6, la matière remplit ces rainures et est au moins partiellement enlevée par les tranchants suivantso 30 Après la mise en place du fourreau de perçage et l'ap plication d'une pression élevée (par exemple une pression de surface de 4500 kg/cm ), il est par principe établi une liaison puissante et indéformable, par le fourreau, entre la pièce et la machine d'usinage. 35 II faut encore retenir que le dispositif décrit per met de porter la largeur du canal circulaire seulement à 20 à 25 mm environ pour de grands diamètres de forure, par exempls de 500 mm. La construction décrite d'un dispositif trépan per-40 met de diminuer la forure annulaire 65 comprise entre la paroi 69 Ô0258 7 2000194 extérieure du trou et la surface enveloppe du noyau de 50 ?Spar comparaison avec un trépan habituel, ce qui entraîne une réduction correspondante de la puissance d'entraînement. Grâce à la géométrie de coupe et au montage de plusieurs lames tranchantes 5 réparties à la périphérie de la tête d'alésage, on obtient que la force radiale est à peu près nulle, ce qui entraîne une diminution supplémentaire de la puissance d'entraînement de 25 î»» On est ainsi assuré, en supposant le même diamètre de forage, d'obtenir avec le dispositif de trépan suivant l'invention, par rap-10 port à un dispositif habituel, une diminution d'environ 75 ci° de la puissance d'entraînement ou une augmentation au quadruple de l'avance et de la puissance d'usinage» bad original 69 00258 2000194 REVENDICATIONS 1. Trépan composé d'une "broche et d'une tête d'alésage comportant des évidements uniformément répartis à la périphérie, dans lesquels sont fixées au moins deux plaquettes de coupe 5 réversibles, en métal dur ou analogue, dans des plans radiaux par rapport à l'axe de forage, l'arête de coupe de chaque plaquette étant décalée dans le sens radial par rapport à l'arête de la plaquette suivante, et n'usinant qu'une partie de la largeur de l'anneau ; ledit trépan étant caractérisé en ce que cha-10 que plaquette riversible (.35-38, 35a-38a) et son tranchant (40 ou 60-63) est située dans un plan normal à l'axe de forage, ces plans normaux - correspondant à deux plaquettes successives dans le sens périphérique - étant axialement décalés l'un par rapport à l'autre. 15 2. Trépan suivant paragraphe 1 caractérisé en ce que les plaquettes (35-38, 35a-38a) présentent des surfaces latérales de guidage (42) qui glissent le long des parois de la forme annulaire (65)• 3. Trépan suivant paragraphe 1 caractérisé en ce qu* 20 au moins une arête tranchante (40) présente un décrochement (44). 4. Trépan suivant paragraphes 1-3, caractérisé en ce que, dans les parties périphériques de la tête d'alésage (4,50), situées entre les évidements (15-18) recevant les plaquettes réversibles (35-3S), 35a-38a), sont pratiquées des poches (57) 25 recevant de l'huile sous pression. 5« Trépan suivant paragraphe 4 caractérisé en ce que les poches (57) sont raccordées à des canaux d'huile de graissage qui sent ménagés dans les parcis de la tête d'alésage (4,50) ainsi que de la broche (3).„