Brevet FR2183859A1 — publié le 19731221

La présente invent-ion concerne un procédé de réal isa- tion d'éléments métallique de nature composite, par exemplc des trépans ut lisé pour le I'rTrg,e d0nS leW ro-^hes le t:rK pan comportant une base conique dans laque1le# sont fixées des plaquettes de découpe en carbure ou en éléments analogues, suivant un dessin et une orientation prédéterminés. Les trépans rotatifs destinés au forage dans les roches sont réalisés couramment par forgeage d'une base conique, usinage à la dimension et perçage de trous dans lesquels sont introduits et fixés, par exemple par brasage, des plaquettes de découpe en carbure. Les trépans rotatifs réalisés de cette manière donnent satisfaction tant que les plaquettes de découpe restent fixées à la base Cependant, les plaquettes ne sont pas-uniformément fixées et évidemment, lorsqutelles conunencent a' se détacher, elles tombent de leurs douilles dans la base. Le trépan n'est plus utile et doit être remplacé. Le prix de remplacement des trépans rotatifs peut atteindre des valeurs considérables, et un temps de travail précieux et perdu pour le remplacement du trépan , accroissant ainsi le coût du remplacement. L'invention concerne un procédé de réalisation de trépans rotatifs assurant une liaison métallique efficace entre les plaquettes de découpe et la base conique du trépan, remédiant ainsi aux inconvénients des trépans réalisés selon les procédés connus, et assurant une longue durée de service au trépan Plus précisément, l'invention concerne un procédé de réalisation de trépans rotatifs qui comprend successivement le chauffage du trépan conique et des plaquettes de découpe, le tout étant enrobé dans un lit de sable contenu par un récipient, puis le transfert du récipient lorsqutil est chaud dans une cavité de pressage, dans lequel les éléments métalliques sont densifiés, et associés de façon robuste. La force de compression exercée sur 11 ensemble du trépan est obtenue à laide d'une face de forme particulière du piston d'une presse, assurant une répartition uniforme des forces de compression sur l'ensemble du trépan , si bien que les divers éléments sont densifiés de façon uniforme. L'invention concerne aussi un procédé de réalisation d'un trépan dans lequel une ébauche de base conique de trépant est préparée par compression isostatique d'une billette de poudre d'alliage, frittage de la billette, usinage et perçage de la billette frittée aux dimensions qui assureront l'obtention des dimensions voulues après la compression, l1in- troduction de plaquettes de découpe dans les trous percés, puis le chauffage et la compression comme décrit précédemment. L'invention concerne aussi des variantes de procédé selon lesquelles l'ébauche est réalisée par compression à froid d'une poudre d'alliage métallique, comme cela est connu dans les techniques de la métallurgie des poudres, ou par forgeage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé , sur lequel la figure i représente une billette obtenue par compression et frittage d'une poudre d'alliage métallique la figure 2 est une élévation, avec une partie arrachée, d'une ébauche de trépan conique usinée dans une billette telle que représentée sur la figure 1, aux dimensions préliminaires, des trous étant percés pour le logement de plaquettes de découpe la figure 3 est une élévation de l'ébauche de la figure 2 > après insertion des plaquettes de découpe la figure 4 est une coupe schématique d'un four et elle représente un récipient contenant une matière réfractaire granulaire dans laquelle est enrobée l'ébauche de la figure 3, le récipient reposant sur le plancher ou sur un support rétractable ; et la figure 5 est une coupe partielle d'une cavité de pressage dans laquelle a été placé le récipient de la figure 4, qui est disposé entre les pistons supérieur et inférieur de la presse. On va décrire en détail les diverses phases de mise en oeuvre du procédé de l'invention en référence au dessin sur lequel la figure 1 représente une billette 10 réalisée par compression et frittage de la poudre d'alliage, par exemple de l'alliage AISI n9 4620. On peut utiliser tout appareillage classique à cet effet. La figure 2 représente la billette 10 de la figure 1 usinée aux dimensions préliminaires de manière à former une ébauche 11 de trépan , au cours d'une seconde phase. Il faut noter que l'expression '1dimensions préliminaires" désigne les dimensions avant que l'ébauche n'ait été soumise à la compression et la densification décrites ultérieurement. Par exemple, la hauteur totale d'usinage du trépan est telle que îq4au- teur totale du produit final est réduite. Après usinage aux dimensions préliminaires, ébauche est traitée, dans la seconde phase, par perçage de trous convenablement disposés et orientés 12 à diverses hauteurs à la périphérie, pour le logement de plaquettes de découpe, une cavité centrale conique 13 dont le rôle est expliqué dans la suite du présent mémoire étant aussi réalisée à ce moment. La figure 3 représente l'ébauche de trépan dans laquelle les plaquettes 14 ont été introduites dans les trous 12, au cours d'une troisième phase. Il faut noter que les plaquettes 14 ont un diamètre tel que celui-ci correspond aux trous 12, la coopération étant étroite sans être cependant nécessairement serrée. Les plaquettes doivent être suffisamment maintenues pour rester en place dans les trous lorsque ébauche est déplacée ou retournée. La figure 4 illustre la phase suivante de la mise en oeuvre du -procédé de l1invention. Cette phase comprend l'enrobage de l'ébauche 11 de la figure 3 en position inversée par une matière granulaire ou non cohérente 15, par-#exemple dans du sable qui remplit pratiquement le récipient 16 représenté sous forme d'un cylindre en ttle métallique fermé au fond et ouvert à la partie supérieure. La tôle métallique est fine, pour les raisons decrites dans la suite du présent mémoire. Comme représenté sur la figure 4, la face supérieure du trépant enrobé se trouve pratiquement au niveau du sable 15 dans le récipient, le reste du corne étant totalement recouvert et entouré par le sable. Par raison de commodité, l'épaisseur de la paroi de sable autour de l'ébauche est mininale, mais il est clair que la quantité de sable autour de ébauche peut avoir l'épaisseur et la profondeur voulues. Le récipient 16 contenant l'ébauche 11 enrobée est disposé dans un four 17-de type convenable. Celui-ci a été représenté comme étant un four à induction comportant des parois réfractaires 18, des enroulements 19 de chauffage par induction et une base 20. On a représenté celle-ci avec un orifice circulaire 21 dans lequel passe un piston cylindrique 22 destiné à élever le récipient ans la zone de chauffage du four et à l t en retirer. Le récipient 16 contenant le sable 15 et l'ébauche il enrobée est chauffé à température élevée dans le four 17 pendant un temps suffisant pour que la matière constituant l'ébauche puisse être comprimée sous forme d'un élément cohérent et solide très dense comme décrit dans la suite du présent mémoire. A la fin du chauffage, le récipient 16, le sable 15 et l'ébauche 11 sont retirés du four par retrait du piston 22, de manière que le récipient soit accessible. Ce dernier et le trépant 11 enrobé sont alors transférés à l'aide d'un appareillage convenable non représenté dans la cavité 24 compression d'une presse 25 représentée sur la figure 5. La presse 25 comprend des parois convenables 26 pour la cavité 24, un piston inférietir 27 et un piston supérieur 28, les deux pistons étant colnman3és de façon classique mécaniquement ou hydrauliquement. Le piston 27, qufo peut considérer comme un extracteur, porte un moule 29 a sa face supérieure. Ce moule -compor- te une cavité centrale 30 en paraboloïde dans sa face supe rieure, cette cavité étant remplie de sable fluide 15a jus qu'au niveau de la face du moule 29. Le piston supérieur 28 porte un moule 31 comportant un poiçon 32 OU saillie celltr.ll~ conique qui corr & spo## a la configuration de la cavité 13 de l'ébauche. Lors du transfert du réci#pient 16 à la cavité 24, le piston 28 est d'abord é ] evé au-dessus de la presse 25, et le piston 27 est élevé dans la cavité 24 de manière à supporter le récipient 16 qui est placé coaxialement. Le piston inférieur 27 est alors abaissé, et introduit le récipient dans la cavité 24. Les parois de celle-ci sont de préférence revetues dtun lubrifiant convenable. Lorsque le récipient est totalement logé dans la cavité 24, le piston 28 descend vers la position représentée sur la figure 5 dans laquelle le poinçon 32 est logé étroitement dans la cavité 13 de l1ébau- che 11, en contact métal-métal, avant la compression qui assure le compactage du sable 15 et 15a et la densification de l'ébauche 11. Après compression par déplacement du piston 28 depuis la position de la figure 5, les paro#is du récipient 16 sont refoulées lors du déplacement de compactage du moule 31 vers le moule 29. Lorsque la compression du sable 15 et 15a est suffisante, le sommet de l'ébauche pénètre à la partie inférieure du récipient 16, dans la cavité 30 remplie de sable. Il faut noter que l'importance de la pénétration de l'ébauche 11 dans la cavité 30 est telle que l'épaisseur du sable 15a disposé entre la paroi de la cavité 30 et l'ébauche 11 est pratiquement uniforme. Ainsi, comme le poinçon 32 est en contact métal-métal avec la paroi interne de la cavité 13 de ébauche, il est clair que les forces de densification sont uniformément réparties aux divers niveaux dans le sable 15 du récipient 16, si bien que le corps de l'ébauche il elle#meAme, ainsi que les plaquettes 13, sont uniformément densifiés. De plus, les plaquettes 14 sont soudées ou associées métalliquement au corps de l'ébauche. Après maintien du récipient 16 dans la cavité 24 sous la pression convenable pendant un temps suffisant, le piston 28 remonte et supprime la compression Une fois que le piston supérieur est suffisamment retiré, llextracteur 27 slé- lès-e et soulève de façon correspondante le récipient au-dessus de la face supérieure de la presse 25. Le récipient 16 et le sable 15 sont alors retirés de l'ébauche. Les particules de sable collant à la surface du corps du trépan et des plaquettes peuvent être retirées de façon classique par trempage dans une solution convenable de nettoyage chimique ou par sablage. On observe que les trépants rotatifs réalisés selon le procédé décrit satisfont à des tolérances plus sévères que les trépans obtenus par les procédés connus jusqu'à présent. Par exemple, on peut obtenir de façon fiable et uniforme des tolérances de l'ordre de 0,12 mm. De plus, étant donné la liaison métallique établie entre le corps du trépan et les plaquettes de carbure, la durée de service du trépan- est longue et fiable. Dans une variante des deux premières phases du procédé décrit, l'ébauche peut être réalisée directement par compression à froid de l'alliage métallique en poudre, si bien que l'usinage et le perçage sont supprimés. L'ébauche peut aussi être forgée puis usinée et percée comme au cours de la seconde phase, à la place du pressage à froid de 11 ébauche. Il est bien entendu que l'invention nla été décrite et représentée quà titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l1invention, qui est défini dans les revendications annexées. RFVE#U ICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un produit#rnétallique composite d'au moins deux métaux différents, caractérisé en ce qutil comprend la réalisation d1éléments séparés de matière métallique cohérente destinée à coopérer ltun avec l'autre, la réalisation d'un récipient métallique à paroi mince contenant une matière réfractaire fluide, ltassocia- tion des éléments et leur enrobage dans la matière réfractaire, le chauffage du récipient, de la matière réfractaire et des éléments à température élevée, la mise en place du ré cipient, la matière réfractaire et des éléments, lorsqu'ils sont à température élevée, dans une cavité de compression, et la compression du récipient, de la matière réfractaire et des éléments lorsqu'ils sont dans la cavité de compression, à l'aide d'un dispositif comprenant un poinçon destiné à coopérer avec l'un des éléments suivant un contact métal-métal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la compression est assurée par un dispositif comprenant un piston supérieur ayant un poinçon destiné 'a coopérer avec l'un des éléments en contact métal-métal et un poinçon inférieur ayant un moule coopérant avec le récipient, le moule ayant une cavité contenant une matière réfractaire fluide dans laquelle peuvent pénétrer les éléments lors de la compression. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments sont obtenus par formation d'une billette d'un alliage métallique fritté et densifié, et usinage de la billette à des dimensions préliminaires à la formation d'un des éléments, puis perçage du produit obtenu pour le logement d'un autre des éléments. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des éléments moins est forgé. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des éléments au moins est obtenu par compression b froid dune poudre métallique fluide. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit métallique composite est un trépan , l'un des éléments est une ébauche de trépan conique et ltautre est formé de plaquettes de découpe introduites dans ltébau- che. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend le nettoyage de la surface du produit final par trempage dans une solution de nettoyage. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend le nettoyage de la surface du produit final par sablage. 9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le récipient est en métal mince pénétré par-les éléments lorsqu'ils S'introduisent dans la cavité du moule lors de la compressioidans ladite cavité.