Brevet FR2299941A1 — publié le 19760903

La présente invention concerne un procédé de fabri cation d'une pointe de foret et le foret fabriqué par le procédé selon 11 invention. Un premier but de la présente invention est de réaliser une nouvelle pointe de foret de forme avantageuse et un nouveau procédé comportant des améliorations notables pour fabriquer un tel foret dont la forme de la pointe est particulièrement améliorée. Un premier aspect de la présente invention concerne un procédé pour créer une pointe de foret à partir d'une matrice, procédé incluant les étapes suivantes On prend une matrice comportant une tige dont l'extré- mité est cylindrique. Dans une étape de façonnage réalisée à chaud ou à froid, on crée à l'extrémité de la tige à l'aide de deux matrices (ou dés) deux cannelures diamétralement opposées par rapport à l'axe de la tige, lesdites cannelures étant également inclinées mais selon des angles de signe opposé par rapport à l'axe de la tige ; on détermine alors le point pour lequel les surfaces des deux cannelures sont les plus proches dans une direction perpendiculaire à l'axe de la tige et on façonne alors deux surfaces planes sur la tige, ces deux surfaces planes étant d#'#nclinaison égale et opposée par rapport à l'axe de la tige, ces deux surfaces se coupant selon une ligne dtintersection passant par l'axe de la tige au voisinage ou sur le point de l'axe de la tige au voisinage duquel les deux cannelures sort les plus des proches l'une de l'autre, la ligne d'intersection/deuxdite surfaces planes étant légèrement avancée angulairement selon l'axe de la tige par rapport aux Nords de coupe de chaque cannelure, la pente de chaque face associée au-delà de la ligne d'intersection des deux faces, libérant un angle de dépouille derrière le bord coupant de chaque cannelure. t De façon préférentielle, la direction du mouvement de chaque partie de matrice (pu dé) durant la réalisation des cannelures fait un angle aigu par rapport au bord de coupe et au bord de fuite de ladite cannelure réalisée par ladite partie de matrice. Deux surfaces planes supplémentaires peuvent etre realisées, ces surfaces étant sensiblement parallèles à l'axe de la tig et prises sur la partie de I'extrémié de plus iaètre de cette tige. Ces deux surfaces planes supplémentaires peuvent être réalisées par les matrices ou dés durant le façonnage à chaud ou à froid ou peuvent être usinées par la suite. Le procédé pour fabriquer la pointe de foret peut aussi inclure une étape supplémentaire de tournage pour enlever les cotés extrêmes des cannelures de forage et réaliser un petit replat derrière le bord coupant de chaque cannelure. La structure de la pointe peut également être améliorée en lui donnant une forme générale légèrement conique dans la région des cannelures de telle sorte que la partie au voisinage de l'arbre de la tige (partie supérieure) est de dimension transverse plus petite que la partie au voisinage de l'extrémité inférieure ou extrémité libre. L'invention permet également de réaliser un foret comprenant une tête, une tige incluant une partie située au voisinage de la tête et filetée extérieurement, et une pointe de foret à l'extrémité de la tige éloignée de la tête, ladite pointe de foret comprenant une paire de cannelures diamétralement opposées et inclinées selon des angles égaux mais de signes opposés par rapport à l'axe de la tige et une paire de faces planes disposées de façon diamétralement opposée par rapport à l'axe de la tige et également inclinée selon des angles égaux mais de signes opposés par rapport à ce même axe, ces faces planes se coupant selon une ligne d'intersection passant à travers l'axe de la tige au voisinage du ou sur un point de croisement imaginaire correspondant au point sur l'axe de la tige où les deux cannelures sont les plus proches l'une de l'autre, proximité mesurée dans une direction perpendiculaire à cet axe, cette ligne d'intersection étant avancée angulairement selon l'axe de la tige, par rapport au bord de coupe de chaque cannelure, la pente des faces associées au-delà de la ligne d'intersection libérant un angle de dépouille derrière le bord de coupe de chaque cannelure. Le foret peut également inclure deux surfaces planes supplémentaires usinées sur la pointe du foret disposée de façon sensiblement parallèle à l'axe de la tige, prises au voisinage de la partie de la pointe du foret de plus grande épaisseur (cu de plus grand diamètre). On peut également ménager un léger replat derrière le bord coupant de chaque cannelure en usinant par tournage les bords extrêmes des cannelures de forage. La structure du foret selon l'invention peut être également améliorée donnant à la pointe du foret une forme légèrement conique dans la région des cannelures de façon à ce que la partie des cannelures adJacentes à la tête du foret soit de dimension transverse plus petite que la partie des cannelures au voisinage de l'extrémité libre dudit foret. Les surfaces planes peuvent se couper selon une ligne d'intersection située au-dessus, au-dessous ou sur le point de croisement imaginaire. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit ayant trait à des exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles on a représenté - sur la figure 1, une vue ombrée d'un foret après que les cannelures initiales aient été réalisées - sur la figure 2, une vue d'une telle tige selon la ligne-de visée A représentée sur la figure 1 - sur la figure 3, une vue en coupe prise selon le plan de coupe BB indiqué sur la figure 1 ';; - sur la figure 4, une vue ombrée de la pointe du foret après que l'opération suivante d'usinage ait été réalisée sur la tige du foret - - sur la figure 5, une vue de dessous de la pointe du foret représentée sur la figure 4 - sur la figure 6, une vue ombrée prise selon la ligne de visée C représentée sur la figure 5 - sur la figure 7, une vue ombrée du foret semblable à celle de la figure 4 d'une variante de la pointe du foret selon un mode de réalisation de l'invention - sur la figure 8, une vue de dessous de la ponte du foret représentée sur la figure 7, vue similaire à celle de la figure 5 - sur la figure 9, une vue schématique de la structure d'une pointe du foret selon l'invention, sur laquelle une étape supplémentaire d'usinage a été réalisée - sur la figure 10, une vue de dessous de la pointe du foret de la figure 9 - sur la figure 11, une vue de la structure représentée sur la figure 10 selon la ligne de visée D - sur la figure 12, une vue prise à angle droit par rapport à la vue représentée sur la figure 9 - sur la figure 13, une vue de dessous de la pointe du foret semblable à celle représentée sur la figure 8 et après une opération d'usinage supplémentaire - sur la figure 14, une vue de dessous d'une structure semblable à celle de la figure 13 mais après une opération de tournage - sur la figure 15, une vue en coupe d'une structure de pointe semblable à celle de la figure 3 illustrant le résultat de l'opération de tournage réalisée sur la pointe du foret - sur la figure 16, une illustration du façonnage de la pointe de foret de structure modifiée, façonnage réalisé dans une matrice ; - sur la figure 17, une vue en coupe du foret selon la ligne D-D de la figure 14. La réalisation d'une pointe de foret selon la présente invention commence par la réalisation d'une tige 10. Cette tige de forme cylindrique à son extrémité peut être de section uniforme ou munie d'une tête ou peut également être filetée extérieurement, ou être d'un diamètre tel qu'un filetage de structure convenable puisse y etre creusé. L'extrémité de la tige ou matrice 10 sur laquelle on veut réaliser la pointe de foret sera désignée dans ce qui suit par extrémité libre il et peut être cylindrique, conique ou en échelon. Une paire de matrices ou dés utilisées simultanément pour le façonnage à chaud ou à froid de l'extrémité libreoelat##e10 permet de façonner une paire de cannelures droites 12 telles que représentées sur les figures 1 à 4 annexées. Durant l'opération de façonnage, l'extrémité libre de la tige est comprimée entre les deux parties de matrice dont la forme est telle que la matibredeitige est repoussée pour réaliser une paire de cannelures droites (c'est-à-dire de génératrices rectilignes) diamétralement opposées 12 également inclinées par rapport à l'axe de la tige, mais d'angle d'inclinaison de signe opposé par rapport à ce même axe, c'est-à-dire faisant chacune un angle aigu b par rapport à l'axe 13 de la tige. Les cannelures sont rectilignes Cette opération de façonnage sera décrite plus en détail par la suite. Le métal repoussé durant le façonnage des cannelures 12 constitue une paire d'épaulements 14, et l'opération de façonnage est telle que ces épaulements augmentent la dimension transverse de la pointe, dimension mesurée perpendiculairement à l'axe de la tige 13 jusqu'à une valeur sensiblement plus grande que le diamètre minimum désiré de la partie filetée de la tige. Quand la pointe de foret finale est réalisée par des opérations qui seront décrites plus loin, opérations réalisées à l'extrémité libre de la tige, la dimension du trou foré par la pointe de foret sera suffisante pour permettre la pénétration de la tige mais ne sera pas suffisante pour que le filetage de la partie 10 de la tige ne puisse pas créer son propre filet. Sur la figure 2, on a représenté la pointe de foret ébauchée sur la figure 1 et vue selon la ligne de visée A repré~sentée sur la même figure 1. La cannelure est en forme en V, une paire de parois opposées 15 se coupant selon une ligne 16. Ces parois d attaque et de fuite forment entre elles un angle de dièdre de valeur 2a. Les angles a et b définis précédemment sont tels qu'ils donnent un angle de coupe correct pour la pointe de foret finale, selon des relations mathématiques explicitées plus loin. Comme les cannelures sont droites et de configuration opposée l'une par rapport à l'autre selon l'axe de la tige 10, il existe un point indiqué par X sur la figure 1 pour lequel la ligne centrale t6 de chaque cannelure est la plus proche de l'autre, ligne sur l'autre cannelure, la distance entre ces deux lignes e- perpenbiculaire à l'axe de la tige. En d'autres termes, la perpendiculaire commune aux lignes centrales 16 de chaque cannelure passe par l'axe du tube au point X. En ce point, le corps de la pointe entre les deux cannelures est le plus mince et la position du point de croisement X doit être établie avant de passer à l'étape suivante de réalisation de la pointe de foret. Si on veut réaliser une pointe de foret satisfaisante, il est nécessaire de réaliser d'autres opérations d'usinage ou de façonnage sur l'extrémité libre 11 de la tige 10 à partir de la réalisation ébauchée de la pointe représentée sur les figures 1 , 2 et 3 annexées. Deux faces planes également inclinées par rapport à l'axe de la tige sont usinées ou façonnées en enlevant du métal à la partie libre Il de la tige au voisinage ou sur le point de croisement X des cannelures afin de réaliser une pointe de foret ayant une extrémité en ciseaux et deux cannelures issues de cette extrémité. Dans la réalisation représentée sur les figures 1 à 6, ces surfaces planes se coupent au-dessus du point de croisement imaginaire ; sur les figures 7, a, 13 et 14, elles se coupent en-dessous du point de croisement et sur les figures 9 et 12, elles se coupent sensiblement sur le point de croisement. Ainsi donc, l'opération d'usinage, ou tout autre façonnage, est réalisée pour enlever du métal sur la section BE représentée sur la figure 1 afin de réaliser une pointe de foret préliminaire telle que représentée sur la figure 4 annexée. Cette opération est réalisée par tout moyen convenable qui permette de former deux faces planes également inclinées. Par exemple, un alésoir ayant une section en V peut être appliqué: sur l'extrémité du foret dans une direction coincidant avec la direction de la ligne d'intersection désirée des deux faces planes, c'est-à-dire la pointe en ciseaux de la pointe de foret finale. Dans un autre mode de réalisation, ces faces planes peuvent être réalisées par laminage ou meulage, à condition que le résultat soit des faces suffisamment planes. Ces faces planes sont inclinées d'un même angle par rapport à l'axe de la tige et sur la figure 6 l'angle complémentaire d est représenté, cet angle servant par la suite pour calculer l'angle de coupe des cannelures. Sur les figures 4, 5 et 6, les faces planes sont désignées par la référence 17 et leurs lignes d'intersection, la pointe en ciseaux du foret est indiquée par la référence 18. La position de la ligne d'intersection 18 est un facteur important pour un bon fonctionnement de la pointe de foret. Si la vis est correctement alignée pendant la réalisation des faces planes 17, la ligne d'intersection desdites faces planes 18 fera un léger angle avancé par rapport au bord coupant des cannelures 12. Ainsi, le bord coupant 19 est dans chaque cas espacé de la ligne 18 définissant l'extrémité en ciseaux de façon à ce que la pente du métal de la pointe de foret mesurée à partir de la face au fur et à mesure qu'on #f éloignedela ligne 1soit telle qu'on laisse un angle de dépouille suffisant derrière le bord coupant 19 de chaque cannelure dans un but de forage. Avant la fin de l'opération d'usinage, il est nécessaire d'orienter la tige de façon adéquate pour réaliser un angle c entre la direction représentée par la flèche C (c'est-à-dire selon la ligne d'intersection 18 des deux faces planes) et la partie de la pointe de foret ayant les plus grandes dimensions transverses mesurées perpendiculairement à l'axe, de façon à ce que la pointe en.ciseaux soit disposée correctement par rapport au bord coupant 19 des cannelures. Si on utilise un alésoir pour réaliser la pointe, cet alésoir agit dans la direction de la flèche C. Dans la réalisation préliminaire de la pointe représentée -sur les figures 1 à 6, les faces planes 17 se coupent juste au-dessus du point de croisement X des cannelures 12. Sur les figures 7 et 8, on a représenté une pointe dans un stade de réalisation préliminaire en tout point semblable aux pointes décrites précédemment,à l'exception de la ligne d'intersection des faces planes 17a qui se coupent sur ces figures juste en-dessous du point de croisement X (voir figure 7). Cette réalisation a pour conséquence que les bords de coupe des cannelures sont rectilignes jusqu'au point où ils rencontrent la pointe en ciseaux îBa de la pointe du foret et ce mode de réalisetion préférentiel donne des propriétés de coupe meilleures que celles obtenues avec les réalisations décrites précédemment pour lesquelles un petit arc existe sur les bords de coupe au voisinage de la pointe en ciseaux.Cette structure peutetre observée en comparant la région centrale légèrement courbe du bord de coupe 19 de la figure 5 avec le bord de coupe entièrement droit 19a de la figure B. Des opérations supplémentaires sont avantageusement réalisées sur la pointe de foret préliminaire, obtenue par les opérations précédentes, afin d'obtenir des performances de forage excellentes ; la première d'entre elles est l'usinage, ou toute opération de résultat identique consistant à enlever du métal des parties renflées ou épaulement de la pointe. Le résultat de cette opération est illustré sur les figures 9 à 11 qui permettent aussi de remarquer que la ligne d'intersection des faces planes 17b se coupe dans ce cas sensiblement au point de croisement X. Dans ce cas, les bords de coupe 19b de la pointe présentent encore une légère courbure avant leur intexsection avec la pointe en ciseaux 18b. Sur les figures 9 à 11, on a représenté une nouvelle paire de surfaces planes 20 usinées sur la pointe de foret dans sa partie la plus large, c'est-à-dire la partie 14 qui s'est épaissie lors de la formation des cannelures de forage (voir la figure 1), ces surfaces 20 peuvent être parallèles entre elles et également espacées sur les bords opposés de l'axe du foret ou peuvent être inclinées l'une vers l'autre en faisant entre elles un petit angle de façon à ce que la partie la plus large du foret se trouve à l'endroit indiqué par 21 sur les figures. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les surfaces 20 présentent un épaulement après l'endroit indiqué par 21. Les surfaces 20 et les faces 17b réalisées sur la pointe du foret sont toutes perpendiculaires à un plan imaginaire indiqué par 22 sur les figures et passant par l'axe de la tige du foret. Ce plan imaginaire coïncide avec celui de la feuille de papier pour la figure 11. trace à cette propriété, il est possible de réaliser les faces 17b et la surface 20 simultanément si on le désire. Toutefois, il n'est pas essentiel que les surfaces 20 soient parallèles à la ligne d'intersection des faces planes 17b si celles-ci doivent être usinées séparément. Afin d'éviter une usure trop rapide ou un endommagement des bords de coupe des cannelures de forage, une opération de tournage supplémentaire peut être réalisée pour donner les résultats indiqués par la comparaison des figures 13 et 14. Cette opération élimine les angles aigus qui existent sans cet usinage sur les bords des cannelures ; cette opération est réalisée par usinage des côtés plans des surfaces planes 20. On remarquera que l'angle entre les surfaces 23 obtenues par tournage et les bords de coupe 19 est plus grand que 900 et ainsi que le bord de coupe est particulièrement robuste. De façon préférentielle, l'opération de tournage n'enlève pas complètement les surfaces planes 20, ce qui a pour effet de laisser un espace libre derrière les bords des cannelures, ce qui réduit la friction. Si les bords à angle aigu réalisés par usinage ou tout autre opération pendant la réalisation des faces planes 20 subsistent sur la pointe du foret, quelques difficultés apparaissent pour le forage des trous profonds en particulier, puisqu'une usure progressive a lieu tout particulièrement sur les bords de coupe des cannelures et tout particulièrement vers l'extrémité de la pointe, de telle sorte qu'un replat protubérant commence à se former sur la pointe de foret au fur et à mesure que telle-ci stenfonce. Une opération d'usinage est réalisée pour enlever le métal qui le dépasse en dehors du cercle représenté en 23 sur les dessins, ce qui permet d'éliminer les bords extrêmes des cannelures créant alors\un petit replat derrière le bord de coupe de la cannelure concernée. La même opération d'usinage peut être utilisée pour réduire le diamètre derrière l'extrémité de la pointe de foret, ceci afin de ménager un espace libre pour les copeaux et réduire la résistance de friction à la rotation Ceci peut avoir pour conséquence la formation d'un épaulement sur ou au voisinage de la région 24 sur les figures 7 et 9 ; on peut également créer un replat sur l'extrémité du foret, la partie 21 étant c partie la plus épaisse de la pointe de foret. A la place ou avant d'usiner les faces planes 20, les côtés de la pointe peuvent être aplanis durant l'opération de façonnage des cannelures. Les matrices (ou dés) utilisées dans l'opération de formation des cannelures initiales peuvent autre similaires à celles représentées schématiquement sur la figure 16. Sur cette figure, la matrice inférieure 25 a une paire de surfaces opposées latérales plates 26 qui empêchent le métal de fluer vers ltextérieur selon une direction radiale, vers le renflement 14 qui était représenté sur la figure 1. Ceci empêche toute possibilité de rupture au voisinage de la partie étroite x de la cannelure et empêche notablement aussi la formation de renflements tels que 14. De plus, si les matrices ont des surfaces planes 26, il n'est pas nécessaire de réaliser une opération d'usinage supplémentaire pour aplanir les faces planes opposées 20. Comme représenté sur la figure 16, les matrices (ou dés) se déplacent l'une vers l'autre dans une direction formant en tout point un angle aigu par rapport aux bords d'attaque et de fuite des cannelures, contrairement au procédé de l'art antérieur pour réaliser des cannelures dans lesquelles les matrices étaient déplacées ensemble dans une direction perpendiculaire à une paire de faces des cannelures. En utilisant des matrices telles que celles repré- sentées sur la figure 16, il est aisé de profiler le bord d'attaque des cannelures selon l'angle de coupe désiré. La structure géométrique de la pointe de foret peut être choisie pour avoir un angle de coupe convenable et également pour que l'angle de dépouille derrière le bord de coupe 19 de la cannelure soit de valeur convenable. Les angles a, b, c et d définis précédemment peuvent être choisis comme on le désire ; par des relations trigonométriques simples, il est possible de calculer les angles intermédiaires p et q pour déterminer la valeur de l'angle de coupe et l'angle de dépouille en utilisant les valeurs déterminées des angles a, b, c et d. Sur la figure 17, on a représenté une vue en coupe selon la ligne DD de la figure 14 du foret et indiqué la position de l'angle de coupe x et de l'angle de dépouille y. Cette section est prise selon un plan parallèle à l'axe du foret, ledit plan étant perpendiculaire à la paroi d'attaque. L'angle de coupe x permet aux copeaux projetés vers le haut par la pointe de foret d'être éliminés alors que l'angle de dépouille y permet de diminuer la résistance à la rotation de la pointe du foret jusqu a une valeur minimum meme si une usure apparaît à l'extrémité du bord de coupe. Les relations entre les angles a, b, c et d et les angles intermédiaires g et q sont les suivantes tg p = tg a cos b g = c c +b - 90 connaissant les angles intermédiaires p et q, l'angle de coupe x est calculé selon l'équation tg x = tg b . cos L'angle de dépouille y est calculé d'après la relation : tg @ = tg d cos Ainsi par exemple, ai les valeurs des angles sont a = 600 b = 20 c = 7Ue d = 30s il s'ensuit que x = 100 approximativement et y = 230 approximativement. Tout changement dans le choix des angles a, b, c et d donne lieu à un changement correspondant dans les valeurs des angles de coupe et de dépouille. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une pointe de foret sur une tige dont l'extrémité est sensiblement cylindrique, selon lequel on utilise une tige comprenant une extrémité libre de forme cylindrique, et on façonne à chaud ou à froid l'extrémité libre de ladite tige par des matrices pour créer deux cannelures diamétralement opposées, lesdites cannelures étant également inclinées selon des angles aigus de signes opposés par rapport à l'axe de ladite tige, procédé caractérisé en ce que l'opération de façonnage crée des cannelures rectilignes 12 qui sont à une moindre distance l'une de l'autre selon une direction perpendiculaire à l'axe de la tige en un point de croisement X, en ce qu'on détermine la position dudit point de croisement X et en ce qu'on crée deux faces planes 17 opposées diamétralement par rapport à l'axe 13 de la tige 10 et également inclinées par rapport à cet axe 13 selon des angles de signes opposés, les deux dites faces 17 se coupant selon une ligne d'intersection 18, ladite ligne passant à travers l'axe de la tige en un point au voisinage du point de croisement X, la ligne d'intersection 16 étant légèrement déplacée angulairement par rapport au bord de coupe 19 de chaque cannelure 12, la pente de chaque face associée17 prise au-delà de la ligne d'intersection 18 créant un angle de dépouille y derrière le bord de coupe de chaque cannelure. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on déplace chaque partie de matrice 25 durant l'opération de façonnage desdites cannelures, selon une direction faisant un angle aigu avec à la fois les bords d'attaque et les bords de fuite 19 desdites cannelures 12 délimitées par ladite partie de matrice. 3. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'on crée de plus deux surfaces planes supplémentaires 20 parallèles à l'axe 13 de la tige sur la partie 14 de la pointe du foret de plus grand diamètre. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue de plus une opération de tournage pour enlever les bords extrêmes des cannelures de forage et pour réaliser un petit replat 23 derrière les bords de coupe 19 de chaque canne lure 12. 5. Foret réalisé par le procédé selon les revendi cations 1 à 4. 6. Foret caractérisé en ce qu'il comprend une tête, une tige filetée extérieurement au voisinage de la tata et une pointe de foret à l'extrémité libre de litige opposée à ladite teste, ladite pointe de foret comprenant une paire de canne lures diamétralement opposées également inclinées selon des angles de signe opposé par rapport à l'axe de ladite tige, caractérisé en ce que lesdites cannelures 12 sont rectilignes et en ce que la moindre distance entre les deux surfaces des cannelures selon une direction perpendiculaire à l'axe est réalisée en un point appelé point de croisement, la pointe du foret ayant également une paire de faces planes opposées également inclinées selon des angles de signe opposé par rapport selon à l'axe 13 de la tige 10, lesdites faces 17 se coupant/une ligne d'intersection 18 passant à travers l'axe 13, ladite ligne -dsintersection passant par, ou au voisinage, du point de croi sement X, ladite ligne d'intersection étant également légèrement angulairement avancée, selon l'axe de la tige par rapport au bord de coupe 19 de chaque cannelure, pointe telle que la pente dè-la face associée à partir de la ligne d'intersection laisse un angle de dépouille + derrière le bord de coupe de chaque cannelure. 7. Foret selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on réalise de plus une paire de surfaces planes 20 sur la pointe du foret, ces surfaces planes 20 étant parallèles entre elles ainsi qu'à l'axe 13 de la tige sur la partie 14 de la pointe de foret dont le diamètre est le plus grand. 8. Foret selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un léger replat 23 derrière le bord de coupe 19 de chaque cannelure, replat obtenu en enlevant par tournage les bords extrêmes des cannelures de orage li. 9. Foret selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pointe de foret a une forme générale conique, la plus petite section étant située au voisinage de l'extrémité filetée de la tige.