Brevet FR2347140A1 — publié le 19771104

L'invention se rapporte à l'usinage des métaux par coupe et, plus précisément, aux broches déformantes-ocupantes. Ces broches déformantes-ooupantes peuvent être utilisées avec le plus de succès pour l'usinage d'orifices, ainsi que de rainures et de surfaces planes étagées. On connaît des broches déformantes-ooupantes (voir, par exemple, le certificat d'auteur, URSS Nb 241930, cl . ME B 23 d) comportant des dents de coupe, des dents de calibrage et un élément déformant situé devant les dents de coupe. Ces broches, destinées à usiner les orifices, comportent un élément déformant en forme d'une douille, dont la surface extérieure est formée par des cônes d'action et inverse orientés l'un vers l'autre par leurs bases, entre lesquels il y a une bande cylindrique continue. lies broches destinées à usiner les surfaces planes comprennent un élément déformant réalisé sous forme d'un prisme dont la surface extérieure est formée par des pentes d'action et inverse, entre lesquelles il y a une bande plate. lies dents de coupe qui suivent l'élément déformant ont des canaux btise-copeaux, la hauteur de ces dents de coupe étant supérieure à celle de l'élément déformant, dont la surface en ini raction avec la surface à usiner est exécutée continue. De la sorte, au cours de l'usinage de la surface, a lieu un écrouissage préliminaire de la couche de métal qui est soumise ensuite à la coupe. Cette succession des opérations, lors de l'usinage des surfaces, ne donne des résultats positifs qu'en cas de brochage des matériaux mous. En cas d'usinage des métaux d'une dureté élevée, la coupe de la couche écrouie conduit à une augmentation notable de l'usure des dents de coupe. Surtout, on observe une usure excessive des secteurs angulaires des tranchants des dents. Ceci conduit à une diminution de la durée de service de toute la broche. Parmi les inconvénients de la broche connue on peut citer aussi la difficulté de sa fabrication et de son affûtage. Ezi plus, pour pratiquer un grand nombre de canaux brise-copeaux on dépense un nombre considérable de meules. lie but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients mentionnés. On s'est donc proposé de mettre au point une broche déformante-coupante dotée d'un élément déformant permettant de supprimer les canaux brise-copeaux sur la partie coupante de la broche et les tranchants angulaires, ce qui contribuerait à l'augmentation de la tenue de l'outil, à la simplification de sa fabrication et de son affenage et à la possibilité d'employer cette broche pour l'usinage des métaux mous aussi bien que des métaux d'une dureté élevée. Ce problème est résolu gracie à une broche déformantecoupante, comportant des dents de coupe, des dents de calibrage et un élément déformant précédant les dents de coupe, dans laquelle, suivant l'invention, l'élément déformant possède des saillies sur sa surface entrant en interaction, au cours du brochage, avec la surface à usiner, la hauteur desdites saillies dépassant sensiblement l'avance totale des dents de coupe, dont chacune est réalisée avec un tranchant continu. L'exécution de l'élément déformant avec des saillies permet de créer une broche déformante-coupante à l'aide de laquelle on forme, sur la surface usinée, des rainures longitudinales divisant cette surface en secteurs limités en largeur. Ces secteurs sont ensuite enlevés par les dents de coupe à tranchant continu. En meme temps, la largeur du copeau enlevé est égale à la largeur de chacun des secteurs indiqués. On supprime ainsi la nécessité d'exécuter des canaux brise-copeaux sur les dents de coupe. La tenue des dents de coupe est augmentée notablement gracie à 1' exclusion des secteurs angulaires des tranchants, qui s'usent rapidement. En plus, l'exécution des dents de coupe avec tranchant continu contribue à la simplification de la fabrication et de l'affttage de la broche déformantecoupante. Du fait que la hauteur des saillies de l'élément déformant dépasse sensiblement l'avance totale des dents de coupe, l'écrouissage du métal se produit en profondeur des rainures formées et les dents de coupe de la broche enlèvent alors les secteurs de métal non écroui, ce qui permet d'usiner non seulement les métaux mous, mais aussi les métaux d'une dureté élevée. Conformément à l'une des variantes possibles de réalisation de l'invention , l'élément déformant est exécuté sous forme d'une douille dont la surface extérieure est exécutée avec une conicité orientée vers les faces, avec des saillies en forme de cannelures, formées par des rainures longitudinales. Cette réalisation constructive de l'élément déformant permet de pratiquer dans la surface à usiner des rainures de n'importe quel. profil et dimensions, en fonction des dimensions et de la forme de la surface à usiner. Conformément à une autre variante de réalisation de l'invention, l'élément déformant est réalisé sous forme d'une douille pourvue de saillies radiales formées par des corps de roulement et réparties suivant toute la longueur de sa circonférence , au moins en une rangée. Cette construction de l'élément déformant donne la possibilité d'exécuter les saillies en matériaux à outils, tandis que son autre partie peut être fabriquée à partir d'un acier de construction. Cette solution assure une simplification de la technologie de fabrication de la broche déformante-coupante, une économie du matériau à outils et, par conséquent, une réduction du prix de revient de la broche. Il est utile que 1' élément déformant soit réalisé sous forme d'un prisme rectangulaire dont la surface extérieure comporte des pentes orientées vers les faces et des saillies formées par des rainures longitudinales et ayant la forme de cannelures Cette réalisation constructive de l'élément déformant permet d'effectuer l'usinage des surfaces planes, ainsi que des rainures et des surfaces planes étagées. La solution en question donne la possibilité d'usiner les secteurs angulaires des rainures et des surfaces étagées par leur déformation plastique, ce qui permet de supprimer dans les broches déformanteN-coupantes les secteurs angulaires des tranchants qui sont soumis à une usure maximale au cours du brochage. Conformément à une autre variante de réalisation de l'invention, l'élément déformant est exécuté sous forme d'une plaque rectangulaire pourvu de saillies formées par des corps de roulement répartis suivant sa surface extérieure en au moins une rangée suivant une direction sensiblement parallèle à ses faces. Cette réalisation constructive permet d'exécuter les saillies de l'élément déformant en matériaux à outils, et son autre partie en acier de construction. Ceci simplifie la technologie de fabrication de la broche déformante-coupante, permet d'économiser le matériau à outils et réduit, par conséquent, le prix de la broche. Conformément à encore une variante de réalisation de la broche déformante-coupante, sur la surface extérieure de la plaque est ménagée une rainure longitudinale, dans laquelle, sur un axe commun sensiblement parallèle aux faces, sont montés des rouleaux susceptibles de tourner. Cette réalisation constructive de l'élément déformant permet d'effectuer l'usinage des rainures sans frottement de glissement ce qui augmente la résistance des saillies. On donne ci-apres la description détaillée de quelques variantes possibles et non limitatives d'exécution de la broche déformante-coupante conforme à l'invention, avec références aux dessins annexés, qui représentent s - la figure 1 une vue schématique d'ensemble de la broche déformante-coupante conçue pour l'exécution d'orifices ronds, suivant l'invention (vue latérale avec coupe partielle) - la figure 2, la coupe Il-Il de la figure 1 - la figure 3, l'ensemble A de la -figure 2 (variante de réalisation, à échelle agrandie) - la figure 4, une autre variante de réalisation de l'ensemble A de la figure 2 - la figure5, la position des saillies de l'élément déformant sur la surface à usiner au cours de la déformation - la figure 6, une vue suivant la flèche Ede la figure 4, illustrant une variante de réalisation à échelle agrandie - la figure 7, une vue suivant la flèche B de la figure 4, illustrant une autre variante de réalisation à échelle agrandie ; - la figure 8, une variante de réalisation de l'ensemble P de la figure 1 - la figure 9, une autre variante de réalisation de l'ensemble y de la figure 1 - la figure 10, l'ensemble D de la figure 8, à échelle agrandie ; - la figure il, l'ensemble E de la figure 9, à échelle agrandie - la figure 12, l'ensemble Dde la figure 8, à échelle agrandie, suivant une deuxième variante de réalisation ;; - la figure 13, l'ensemble E de la figure 9 à échelle agrandie, suivant une deuxième variante de réalisation ; - la figure 14, une vue schématique d'ensemble de la broche déformante-coupante pour l'exécution de rainures et de surfaces planes étagées, suivant l'invention (vue de profil) ; - la figure 15 la coupe XV-XV de la figure 14 ; - la figure 16, une broche identique à celle représentée sur la figure 14, mais avec une autre variante de réalisation de l'élément déformant ; - la figure 17, la disposition des corps de roulement (billes) de l'élément déformant en une rangée ; - la figure 18, la disposition des corps de roulement (rouleaux) de 1' élément déformant en deux rangées ;; - la figure 19, une broche analogue à celle représentée sur la figure 18, mais conçue selon une deuxième variante de réalisation ; - la figure 20, la disposition des rouleaux dans la rainure de l'élément déformant - la figure 21, une vue schématique illustrant le brochage d'une surface plane étagée au moyen de la broche de l'invention. lia broche déformante-coupante, destinée à usiner des orifices ronds, comporte une queue avant et une queue arrière 1 et 2, respectivement (figure i), entre lesquelles sont placées successivement : une partie avant de guidage 3, des dents de coupe, y compris des dents de dégrossissage 4 et des dents intermédiaires de finition 5, des dents de calibrage 6 et une partie arrière de guidage 7. Sur la partie avant de guidage 3 sont emmanchés, coaxialement avec la dent de coupe, un élément déformant 8 et une douille de guidage amovible 9 serrant l'élément déformant 8 contre un épaulement 10. La douille de guida amovible 9 est fixée sur la partie avant de guidage 3 par n'importe quel moyen connu, adapté à cet objectif. L'élément déformant 8 est exécuté, suivant l'invention, sous forme d'une douille 11 sur la surface extérieure de laquelle est ménagée une conicité orientée vers les faces, qui forme uncône d'action 12 et un cône inverse 13. Entre lesdits cônes il y a une partie cylindrique 14. Sur la surface extérieure de la douille 11 sont pratiquées des rainures longitudinales 15 (figure 2) formant des saillies 16 sous forme de cannelures. Leur hauteur dépasse sensiblement l'avance totale des dents de coupe. lie tranchant de chaque dent de coupe est exécuté continu. La valeur des angles des cônes 12 et 13, ainsi que largeur de la partie cylindrique 14, sont choisies en fonction des propriétés physico-mécaniques de la matière à usiner, de la surépaisseur à enlever, des paramètres de la surface à usiner, etc. La section transversale des saillies 16peut être variée. il est préférable d'utiliser la forme rectangulaire et la forme trapézofdale de ces saillies (figure 3) et (figure4 ). lia hauteur "h" des saillies 16 (figure 5) dépasse sensiblement l'avance totale des dents de coupe et est calculée à l'aide de la formule h ) (Sz + C) + #, où: h est la hauteur de la saillie ; Sz, l'avance radiale totale des dents de coupe, par laquelle on entend la montée radiale de la dernière dent de coupe au-dessus de la première dent ; C , le jeu nécessaire entre la surface à usiner et le fond de la rainure de l'élément déformant ; la la valeur du retrait de la surface déformée ; par retrait on entend la modification des paramètres de la surface usinée par rapport aux dimensions de la section transversab des saillies de l'élément déformant. La grandeur du retrait " # " de la surface déformée dépend des propriétés du matériau à usiner, de l'épaisseur de la couche à déformer (profondeur de la rainure) de l'élément déformant, de la configuration de la pièce à usiner, de la forme des saillies de l'élément déformant, ainsi que des conditions de brochage (nature du liquide de lubrification-arrosage, vitesse de brochage, etc). il est utile que la largeur minimale de la surfage gs de chaque saillie (figures 3 et 4) ne soit pas inférieure à sa hauteur ha, lies surfaces latérales "Bd" (figures 6,7) de chaque saillie 16 sont exécutées avec un angle rentrant "t n (figure 7). La valeur de l'angle rentrant t 9 " est égale 30' + 10. Ceci facilite le processus de déformation plastique glace à la réduction du frottement des surfaces latérales "M", de l'élément déformant contre la surface à usiner. Cependant, dans un certain-nombre de cas, les surfaces latérales "M" des saillies 16 peuvent autre exécutées sans angle rentrant n w n (figure 6), par exemple avec une surépaisseur à enlever, allant jusqu'à 0,5mm. Suivant une autre variante de réalisation, l'élément déformant est réalisé sous forme d'une douille cylindrique 17 (figures 8, 9) dotée de saillies radiales formées par des corps de roulement et réparties en une rangée suivant toute la longueur de sa circonférence. lie nombre de ces rangées peut être augmenté, en fonction de la surépaisseur à enlever et des dimensions de ia surfaces à usiner. En qualité de corps de roulement on peut utiliser des billes 18 et des rouleaux 19. lies billes 18 (figure i0) et les rouleaux 19 (figure 11) sont fixés, d'une manière immobile, dans les logements de la douille 17 par n'importe quel procédé connu approprié. En outre, les billes 18 et les rouleaux 19 peuvent étre fixés avec possibilité de rotation (figures 12, 13). Sur la surface extérieure de la douille 17 sont pratiqués des évidements dans lesquels sont logés lesdits corps de roulement. Sur la douille 17 est emmanchée une cage 20 qui peut titre réalisée selon n'importe quelle conception pourvu qu'elle assure la fixation des billes 18 et des rouleaux 19, avec possibilité de leur rotation. Cette fixation des corps de roulement permet le changement de leurs surfaces entrant en contact avec la surface à usiner. En meme temps a lieu un frottement de glissement aux endroits d'appui des billes 18 et des rouleaux 19 indiqués. Pour l'usinage des surfaces planes et étagées des rainures, on utilise des broches plates représentées sur les figures 14 et 1 6. L'élément déformant de ces broches est exécuté sous forme d'un prisme 21 (figure 14) fixé rigidement sur la broche. Sur sa surface extérieure du prisme 21 sont ménagées des pentes 22 et 23 respectivement, et entre celles-ci, une bande plate 24. lies saillies 25 (figure 15) sont formées par des rainures longitudinales 26, ont la forme-de cannelures et sont orientées vers le c8té de la surface à usiner. Conformément à une autre variante, l'élément déformant est réalisé sous forme d'une plaque rectangulaire 27 -(figure 16)o lies saillies sur celle-ci sont formées par des corps de roulement, par exemple des billes 18 (figure 17), et sont disposées sur Sa surface extérieure en une rangée, suivant une direction sensiblement parallèle aux faces de cette plaque 27. Les corps de roulement, par exemple les rouleaux 19 (figures 18 et i9) peuvent être disposés en plus d'une rangée en fonction de la dimension(largeur) de la surface à usiner et de la surépaisseur à enlever. Dans un cas, les corps de roulement 19 (figure 18) sont disposés en quinconce, les rangées voisines étant décalées l'une par rapport à l'autre. Dans l'autre cas, les corps de roulement 19 (figure 19) sont placés sans un tel décalge, la hauteur des saillies de chaque rangée suivante, dans la direction des dents de coupe 4, 5, étant supérieure à celle des saillies de la rangée précédente. La fixation des corps de roulement peut autre rigide ou avec possibilité de rotation, par des procédés analogues à ceux décrits dans l'exemple de la broche pour l'exécution d'orifices décrite plus haut. L'élément déformant peut être réalisé sous forme d'une plaque 28 (figure 20), sur la surface extérieure de laquelle est pratiquée une rainure longitudinale 29. Dans les parois de cette rainure est fixé un axe 30 sensiblement parallèle aux faces de la plaque 28. Des rouleaux 31 avec des bagues d'écartegent 32 montées entre eux sont placés sur l'axe 30 avec possibilité de rotation. Avec une telle disposition des rouleaux, la formation des rainures sur la surface usinée s'effectue sans frottement de glissement. le brochage de la surface par la broche déformantecoupante conforme à l'invention, par exemple lors de l'exécution d'orifices ronds, s'effectue de la manière exposée ci-après. On introduit la queue 1 (figure 1) de la broche déformante-coupante dans l'orifice à usiner. lia broche déformante-coupante est déplacée dans le sens axial . L'élément déformant 8 entre en contact, par son cône d'action 12, avec la surface à usiner. Les saillies 16 pénètrent dans la surface à usiner et effectuent sa déformation plastique, ce qui a pour résultat la formation de rainures longitudinales dont la profondeur est sensiblement égale à la surépaisseur à enlever. En mme temps, il se produit un écrouissage du matériau suivant le fond des rainures,. La surface usinée prend une forme intermittente. Entre les rainures formées il reste des secteurs de surface non écrouie, sur lesquels agissent les dents de coupe 4 et 5 de la broche, qui suivent l'élément déformant 8. Ces dents de coupe 4 et 5 avec tranchants continus enlèvent des copeaux dont la largeur est égale à celle des secteurs de la surface usinée, entre les rainures formées sur celle-ci En une passe, la broche déformante-coupante coupe une couche de matériau d'une épaisseur égale à la surépaisseur à enlever. lies dents de calibrage 6 effectuent la calibrage de la surface usinée jusqu'à la cote voulue. L'usinage des surfaces planes étagées s'effectue par la broche déformante-coupante plate dotée d'un élément déformant sous forme de plaque 28 avec rouleaux 31. Lors de l'usinage du secteur angulaire E1 - M1 (figure 21) de la surface étagée, les rouleaux 31 exécutent la déformation plastique des surfaces K1 (le sens de déformation est indiqué par les flèches) disposées à cOté des rouleaux.A proximité de l'angle aman, une partie de la surface E1 et une partie de surface M1 sont écrouies. En mme temps, le long de la surface K1 se forme une rainure qui sépare l'autre partie non écrouie de la surface M1, qui est enlevée par les dents de coupe 4 et 5 de la broche. lie calibrage de la surface est réalisé par les dents de calibrage 6. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qa'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Broche déformante-coupante, du type comportant des dents de coupe, des dents de calibrage et un élément déformant placé devant les dents de coupe, caractérisée en ce que l'élément déformant possède, sur sa surface extérieure, agissant sur la surface à usiner au cours du brochage, des saillies dont la hauteur dépasse sensiblement l'avance totale des dents de coupe, dont chacune est pourvue d'un tranchant continu. 2. Broche déformante-coupante conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément déformant est exécuté sous forme d'une douille comportant sur sa surface extérieure une conicité orientée vers les faces, et des saillies sous forme de cannelures formées par des rainures longitudinales. 3. Broche déformante-coupante conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que ltélément déformant est réalisé sous forme -d'une douille pourvue de saillies radiales, formées par des corps de roulement et réparties suivant toute la longueur de sa circonférence en au moins une rangée. 4. Broche déformante-coupante conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément déformant est exécuté sous forme d'un prisme comportant sur sa surface extérieure des pentes orientées vers les faces et des saillies formées par des rainures longitudinales et ayant la forme de cannelures. 5. Broche déformante-coupante, conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément déformant est réalisé sous forme d'une plaque rectangulaire avec des saillies formées par des corps de roulement répartis sur sa surface extérieure en au moins une rangée suivant une direction sensiblement parallèle à ses faces. 6. Broche déformante-coupante conforme à la revendication 5, caractérisée en ce que sur la surface extérieure de ladite plaque est pratiquée une rainure longitudinale dans laquelle sont montés, avec possibilitd de rotation des rouleaux disposés sur un axe commun sensiblement parallèle aux faces.