Brevet FR2282980A1 — publié le 19760326

La présents invention concerne le découpage des roches dures à l'aide d'un disque ou analogue garni de diamants. La technique actuelle concernant le sciage des granits ou des roches dures quelconques, ne permet pas d'opérer des coupes de grande profondeur en une passe unique pour de multiples raisons, qui seront vues ci-après, et on effectue cette opération par une succession de passes de faible profondeur. Par ailleurs, il est bien connu que l'on obtient de grands avantages dans la coupe des marbres et des pierres tendres au moyen de disques diamantés et de cadres à lames diamantées par une passe unique profonde. En vue de surmonter la difficulté qui subsistait à cet égard en ce qui concerne les pierres dures, la technique stest orientée vers la recherche de nouvelles méthodes de sciage au moyen de disques ou de lames diamantées, mais les résultats obtenus ont étn rares jusqu'à ces jours par suite des divers problèmes rencontrés. En effet, le sciage desdites roches s'effectue à l'aide de machines dotées d'outils à disque qui présentent à leur périphérie un certain nombre de dents sur lesquelles se trouvent rapportés des élément coupants constitués par un materiau - normalement un produit fritté - contenant des diamants à diverses concentrations et dimensions, maintenus par un liant de dureté convenable. En pratiques la technique présente s'oriel de façon suivante: selon la dureté du matériau de coupe, on augmente la concentration en diamant présent dans l'élément coupant et on réduit la résistance du liant. De cette manière, on permet un renouvellemoE rapide des diamants de la surface coupante qui se régénère ainsi spontanément de façon rapide. Ceci entraîne naturellement une usure rapide des outils avec, en conséquence, un coût élevé de l'opération. Toutefois, dès que l'on s'est orienté vers des liants plus durs, on s'est aperçu du fait aue la surface coupante tendait à s'aplanir et à s'empoter et que, pour raviver son efficacité, il ètait nécessaire d'augmenter la pression exercée par la machine sur le bloo à découper. L'augmen- tation de la pression se traduit par une augmentation des sollicitations de l'aune métallique du disque qui est soumises par conséauent, à une charge de pointe". fl existe évidemment des limites de sollicitation liées à ltépaie seur de ladite Sme métallique et, en augmentant le diamètre des disques ou la charge pour effectuer des passes profondes, on est alors obligé en consequence d'augmenter l'épaisseur de ladite hme métallique. L'augmentation d'épaisseur entratne en premier lieu comme désavantage la nécessité de disposer des tranchants plus larges et, par suite, plus coûteux, et oomme autre inconvénient notable une perte de matière plus grande lors de l'ope ration de coupe et par conséquent une diminution du taux d'utilisation dudit matériau qui se traduit par une augmentation du coût du produit final. On doit encore considérer le fait que l'epaisseur de lame n'est pas conditionnée par la résistence mécanique comme telle, car il n'est mme pas question de tolérer la phase qui précède la fracture proprement dite et qui consiste en la déformation élastique du disque. Dans ce cas, en effet, on obtiendrait des surfaces qui ne seraient plus planes mais ondulées et on serait obligé de recourir consécutivement à une opération de planage. La technique connue est évidemment plus vaste et on a simplement cherché ci-contre à en donner brièvement des exemples pour permettre d'en comprendre les problèmes connexes. L'objet principal de l'invention consiste à éliminer les inconvé- nients critiques de la technique connue, mentionnés ci-dessus, par la réalisation de disques coupants pour granits et roches dures, avec lesquels il est possible d'effectuer une coupe profonde en une passe unique, donnant lieu à un produit final qui ne requiert pas d'opération ultérieure de plec nage. Un autre objet de l'invention consiste à réaliser des disques dont les élements coupants se régénèrent spontanément sans requérir des charges d'attaque excessives, autorisant ainsi une durée de vie satisfaisante desdits éléments coupants. Encore un autre objet de l'invention consiste à réaliser lesdits disques de sorte que l'épaisseur de l' & e, c'est-à-dire de leur partie centrale, reste contenue à une m6me valeur même dans des disques de grand diamètre avec, pour conséquence, une faible section du segment coupant et des partes de matières limitées en phase d'attaque. Enfin, un but de l'invention, mais nullement le dernier, consiste à réaliser des disques qui autorisent un bon rendement d'exploitation des diamants et une opération de coupe economique, lorsqu'on les utilise aveo les machines courantes normalement disponibles dans les chantiers du type considéré. Lesdits objets ainsi que d'autres encore sont satisfaits par la présente invention en ce qu'elle concerne un disque metallique, profilé dans sa partie périphérique de façon à présenter un certain nombre de dents destinées à supporter de manière rigide des éléments coupants, et caracté- risé par le fait qu'il présente dans sa partie métallique les mêmes épaisseurs, par rapport aux diamètres, que celles des disques diamantés bien connus, en usage pour la taille des marbres et des roches tendres, et par le fait que lesdits éléments coupants sont materimi composite et plus particulièrement par un produit de frittage d'un liant et de diamants, de caractéristiques, connues en elles-memes, telles qu'elles permettent l'autorégénération de l'élément coupant, la corrélation entre, d'une part, les dimensions et la concentration des diamants dans les éléments coupants, et d'autre part, la dureté de la roche à découper et la profondeur de la coupe à effectuer, étant telle que le nombre de pointes de diamant simultanément en prise dans l'arc frontal de coupe soit costant, indépendamment de la profondeur de la passe de coupe0 Cela présuppose évidemment dans la description de ladite corrélation que l'on se réfère à des conditions d'attaque déterminées dans laquelle la vitesse périphérique et les charges appliquées sont à cet effet des paramètres imposés soit par la machine employée soit par le système de sciage adopté. Des caractéristiques et avantages ultérieurs de l'invention réxulte- ront davantage de la description de taillée d'une forme préferée, toutefois non exclusive, du disque diamanté, illustrées à titre indicatif, sane nullement limiter l'invention dans son cadre et son esprit, en référence au dessin annexé dans lequel: La fig. 1 représente une mue latérale d'un disque diamanté La fig. 2 représente une section selon II-II du disque diamanté de la figez I; et La fig. 3 représente une lame diamantée pour cadre de scie alternative. Rn se référant au7 ores précités, le disque diamanté 1 (ou la lame diamantée) est composé d'une âme métallique 2 profilée de façon à présenter un certain nombre de dents 3 sur sa partie primétrale. Sur lesdites dents 3, sont rapportés des éléments coupants 4 - plus particulièrement un produit de frittage - composés d'un liant et de cristaux de diamant. La partie centrale de lue métallique est renforcée par une bride 5 présentant un alésage 6 destiné à s'engager sur l'axe de la machine. Le disque diamanté a un rayon global R, tendit que r représente le rayon de la bride et P représente la profondeur maximale elle de coupe qui est égale à R - r; &alpha; est l'angle au centre du secteur circulaire en prise.Si est le nombre total de dents du disques f la largeur de l'élément coupant et b sa longueur, le nombre de dents engagées est donné par la relation: n ET 21Y et par suite, la superficie d'attaque totale est donnée par la relation: f.b.n. = f.b. ---- &alpha; 2 # Le principe de fonctionnement dudit disque diamanté est le suivants la force de la poussée exercée par l'axe de la machine sur le disque se répartit sur les n dents en prise ou mieux, sur le nombre de pointes de diamant distribuées sur la surface totale des n dents. Le nombre des pointes de diamant présentes dépend à son tour de la surface totale de contact et de la concentration en diamant dans l'élément coupant. Il convient alors de noter d'après les données de la technique la force optimale qui doit agir sur chaque pointe particulière, du fait qu'd une certain vitesse périphérique donnée de fonctionnement, on se trouve dans les meilleures conditions d'attaque. Ces considerations faites, et la force exercée sur le disque - caracté ristique de la machine - étant ainsi préétablie, et la vitesse d'attaque de 1'6lement coupant fixée, ladite force doit toujours s'exercer sur le mamie nombre de pointes en prise. Lorsqu'on augmer*e alors la taille du disque, et de ce fait la profondeur de coupe, ledit nombre constant de pointes peut être obtenu de diverses façons, comme suit: 1 - On maiXient constant le pourcentage du diamant dans l'éliment coupant.On doit alors maintenir constante la superficie f.b.n. d'attaque soit en laissant inchangé le nombre des dents et en réduisant en conséquence la dimension b - longueur de 1'6lampent coupant 2 - On manient constante la forme de chaque dent. On doit alors maintenir constant le nombre de pointes soit en réduisant le nombre des dents, soit en réduisant la concentration en diamant. dans ledit élément coupant. il est évident que les deux méthodes peuvent être utilisées simmlta- nément en agissant sur tous les paramètres en vue d'obtenir le résultat indispensable du maintien à une valeur constante du nombre de pointes de diamant simultanément en prise. A titre d'exemple, si l'on considère un disque normal mis sur le marché pour le découpage de pierres tendres, à savoir des marbres, ayant un diamètre de 725mm et comprenant 40 secteurs coupants de 40mm de longueur, il suffit alors de réduira à 1/10 le nombre de pointes présentes par l'une des méthodes précitées pour pouvoir tailler un granit de type tendre selon la classification en usage (classification ASSO DIS L'exemple précité montre ainsi clairement que lton atteint les objets proposés avec le disque de l'invention capable d'opérer des coupes profondes en une passe unique avec des avantages évidents. Comme on maintient constanbela force globale exercée, il n'est plus nécessaire alors de renforcer l'épaisseur de l'âme. Ledit exemple montre encore comment on réussit à maintenir lo nombre des diamants en activité ou encore à réduire leur consommation, avec une possibilité de se servir d'un liant dur, sans compromettre 1 1autorégénéra- tion des éléments coupants. Enfin on observera que le disque du type de l'invention peut être utilisé avec des machines de caractéristiques normales. La réalisation de l'invention ainsi conçue est susceptible de recevoir de nombreuses modlEications et variantes, proposées pour une part à titre d'exemple sous la forme de la lame diamantée rectiligne pour machines à cadres verticaux, mentionnée ci- dessus, et, en outre, tous les détails du dispositif de l'invention sont susceptibles d'être remplacés par des éléments techniquement équivalents. REVENDICATIONS 1) Disque diamanté de grand diamètre, à ssme mince, consistant en un disque métallique, profilé dans sa partie périphérique de façon à présenter un certain nombre de dents destinées à supporter de manière rigide des éléments coupants, ledit disque pré nErt dans sa partie métallique les mêmes épaisseurs, par rapport aux diamètres, que celles des disques bien connus, en usage pour la taille des marbres et des roches tendres, oaracte risé par le fait que lesdits éléments coupants sont constitués par un matériau composite et plus particulièrement par un produit de frittage d'un liant et de diamants, de caractéristiques, connues en elles mimes telles qu'elles permettent l'autorégéneration de l'élément coupant, la corrélation entrW d'une part, les dimensions et la concentration des diamants dans les éléments coupants, et d'autre part, la dureté de la roche à découper et la profondeur de coupe à effectuer, étant telle que le nombre de pointes de diamant simultanément en prise dans l'arc frontal de coupe soit constant, indépendamment de la profondeur de la passe. 2) Disque diamanté de grand diamètre, à âme mince, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour sa mise en oeuvre, le nombre de pointes de diamant est maintenu constant lorsqu'on fait varier la profondeur de la passe de coupe, la vitesse périphérique et la charge appliquée demeurant égales. 3) Disque diamanté de grand diamètre, à & e mince, selon les revenu cations 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on obtient la constance du nombre de pointes en prise en maintenant constante la concentration en diamant dans l'élément coupant et en faisant varier les dimensions géomé- triques ou le nombre desdits éléments coupants, lorsqu'on fait varier la profondeur de coupe. 4) Disque diamanté de grand diamètre, à âme mince, selon les revenu cations 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on obtient la constance du nombre de pointes en prise en maintenant constantes les dimensions geom & triques et le nombre des éléments coupants et en faisant varier la concen- tration en diamant, lorsqu'on fait varier la profondeur de coupe.