Brevet FR2356831A1 — publié le 19780127

Le dispositif qui résulte des travaux de Monsieur Claude LE CORNEC est utilisé pour la fixation d'outils démontables sur leur support. Bien qu'il puisse trouver des applications dans différents domaines, cé dispositif convient plus particulièrement pour les outils de coupe, d'abrasion ou de percussion, en général équipés d'une partie en carbure dur fritté, qui sont utilisés sur des ma- chines pour l'exploitation de mines ou de carrières et pour les travaux publics. Ces machines, plus ou moins complexes, telles que les fraiseuses, les traceuses, les haveuses, les trancheuses, les draineuses, les tarrières etc..., comportent, en général, un ensemble d'outils de coupe ou d'abrasion fixés de façon amovible sur leur support. Le dispositif de fixation qui fait l'objet de l'invention permet un montage et un démontage rapide à la main, sans faire appel à aucun instrument. Comme on le verra plus loin, l'invention est tout à fait gé nérale et s'applique à de nombreux cas où il est nécessaire de pouvoir, de fa çon quasi instantanée, monter ou démonter manuellement sur un support, des outils de dimensions différentes qui seront soumis en utilisation, à des efforts relativement violents et le plus souvent aussi à l'action de poussières abrasives. De nombreuses solutions ont déjà été proposées pour tenter de résoudre ces problèmes, mais, comme on va le voir, la fixation rapide suivant l'invention présente des avantages importants par rapport aux fixations déjà connues. Les figures ci-après permettent de mieux comprendre les caractéristiques d'une fixation de type connu et celles de la fixation rapide qui fait l'objet de l'invention. La figure I représente les différents éléments démontés d'une fixation de type connu d'un outil sur son support La figure 2 représente, à l'état assemble, les éléments de la figure 1. La figure 3 représente, à l'état assemblé, en coupe partielle, la fixation rapide conforme à l'invention. La figure 4 représente un détail du ressort suivant l'invention qui assure la liaison entre le pic et la douille intermédiaire. La figure 5 représente un détail du joint suivant l'invention 0énérale- ment en élastomere, qui est placé entre la douille et le support. La figure 6 représente une fixation rapide conforme à l'invention dans laquelle le ressort de fixation est à l'extérieur de l'alésage du support. La figure I représente une fixation de type connu, décrite dans le brevet US 3.499.685 (Inventeur : Thomas J. KNIFF) appartenant à RENNAMETAL Inc. On voit que ce dispositif comporte trois éléments : un outil (1), ccnt la pointe (2), à base de carbure dur fritté tel que du carbure de tungstène, est fixée dans un logement (3), en général par brasage. L'outil comporte, du côté opposé à la pointe, une partie cylindrique (4) dont le diamètre est tel qu'elle peut s'emboîter dans l'alésage cylindrique (5) de la douille (6) avec un jeu suffisant pour pouvoir tourner librement. Lòtsq l'on enfonce outil (1) dans la douille (6), l'épaulement (7) de l'outil vient en butée sur la portée (8) de la douille.Afin de maintenir l'outil à l'intérieur de la douille, la partie cylindrique (4) de l'outil est pourvue d'une gorge également cylindrique (9) à l'intérieur de laquelle est retenue une bague élastique fendue (10) qui comporte de petits bossages (11) répartis sur la circonférence. La gorge et la bague sont desposées de façon que lorsqu'on enfile l'outil dans la douille, la bague peut être comprimée élastiquement à l'intérieur de la gorge de façon à permettre le passage des bossages dans l'alésage de la douille (6). Cet alésage comporte une gorge annulaire (12) disposée de façon que lorsque l'outil est complétement enfoncé dans la douille (6), les bossages (11) pénètrent dans cette gorge (12) grace à la poussée de la bague élastique (10).L'outil ainsi maintenu dans la douille peut donc tourner par rapport à celle-ci dans la mesure où le frotte- ment entre les portées n' eSt pas trop important. Pour extraire l'outil de la douille, lorsqu'on désire le changer, on stade généralement d'une sorte de fourche qu'on engage dans la gorge (13) de façon à exercer un effort de traction suffisant. pour comprimer la bague (10) de façon que les bossages (11) puissent à nouveau traverser l'alésage (5). La douille (6) peut elle-mme être fixée dans le porte-outil.(l4) par emboîtement. Comme le montrent les figures 1 et 2, les parties cylindriques (15) et (16) de la douille pénètrent dans les alésages cylindriques (17) et (18) du porte-outil.Les épaulements (19) et (20) jouent le rôle de butée et déterminent l'emplacement de la douille dans le sens axial à l'intérieur du porte-outil. La gorge (21) est disposée de façon telle que lorsque les épaulements (19) et (20) sont en appui l'un contre l'autre, elle se trouve à l'arrière du porte-outil à l'extérieur de l'alésage (17). Des anneaux fendus métalliques (22) et (23) sont placés dans cette gorge (21) et empêchent la douille (6) de sortir par l'avant du logement du porte-outil ; cette douille peut cependant tourner assez librement par rapport à ce même porte-outil. La fixation qui vient d'être décrite présente l'intéret de permettre le changement relativement rapide des pics lorsqu'ils sont usés, et aussi l'utilisation de pics de diametres différents sur un même porte-outil à condition de disposer de douilles différentes, chaque type de douille comportant un alésage adapté à la dimension du pic qu'elle doit recevoir. Cette fixation a cependant plusieurs inconvénients : Premièrement, elle est relativement difficile à démonter car, pour assurer une tenue suffisante du pic à l'íntérmeur de la douille, la bague élastique (10) doit être relativement raide et un effort imr portant doit être exercé dans le sens longitudinal pour arracher le pic de la douille. C'est pour cette raison qu'il faut disposer d'un instrument d'extraction, sorte de fourche qu'on engage dans la gorge (13) de l'outil (1).Deuxiè mement, si l'outil (1) peut tourner relativement librement dans la douille (6) et, celle-ci, dans le porte-outil (14), on remarque qu'il n'existe pas de protection contre la pénétration de poussières dans le jeu annulaire qui existe entre les surfaces qui sont en contact. Les outils de ce type travaillent, en effet, le plus souvent dans des atmosphères chargées de fines poussières abrasives qui pénètrent dans les moindres interstices. Ces poussières peuvent freiner ou bloquer la libre rotation des pièces les unes par rapport aux autres, ce qui empêche alors la pointe de l'outil de s'user régulièrement et diminue beaucoup sa durée de vie. Si l'action des poussières ne va pas jusqu'au blocage grâce par exemple à des jeux suffisants, il se produit alors une usure progressive des portées.Cette usure entraîne au bout d'un temps plus ou moins long la néces sité de remplacer par des piecens v eosn seulement les outils, mais aussi les douil- les et surtout les porte-outils qui font souvent partie intégrante de machines complexes et très coûteuses qui risquent ainsi d'être immobilisées de façon durable. Le nouveau type de fixation, qui fait l'objet de l'invention, permet de résoudre les difficultés qui viennent d'être signalées grâce à un ensemble de moyens qui coopèrent de façon très efficace dans le sens désiré. Il est apparu, en effet, qu'il y avait tout intéret à empêcher la rotation de la douille dans le porte-outil de façon à éviter toute usure de celui-ci. On a, par contre, recherché les moyens de permettre une libre rotation de l'outil par rapport à la. douille, tout en évitant des déplacements axiaux, et en permettant cependant un démontage manuel très facile, sans le secours d'aucun instrument. L'exemple non limitatif qui va être décrit constitue un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention. Les figures 3, 4 et 5 permettent de comprendre facilement comment est réalisé ce dispositif et les caractéristiques essentielles qui font l'objet de l'invention. Le dispositif de fixation rapide suivant l'invehtion comporte un outil (24) pourvu à l'avant d'une pointe dure (25) généralement à base de carbure dur fritté tel que le carbure de tungstène. Cette pointe est-w solidarisé avec le reste de l'outil par un moyen quelconque tel que brassage ou sertissage. L'outil comporte une queue cylindrique (26) qui peut se loger dans l'alésage (27) d'une douille (28). L'alésage de la douille,qui est cylindrique, comporte une gorge annulaire (29) qui est placée de façon à se trouver en face d'une gorge annulaire (30) usinée dans la queue (26) lorsque celle-ci est enfnncée à fond dans la douille, c'est-à-dire de façon à ce que la collerette (31) de l'outil vienne en appui sur la face avant du rebord annulaire (32) de la douille. Ce rebord présente, de préférence, une surface plane comme on le voit sur le dessin. Un ressort à boudin torique (33) est logé dans la gorge (30) de la queue de l'outil. Il compor te des spires non jointives dont le diamètre extérieur est supérieur à la profondeur de la gorge (30).Ce diamètre est détermine par la pratique de façon que lorsqu'on introduit la queue de l'outil dans la douille et qu'on il fait subira une légère rotation à la main, les spires puissent, par frottement sur le bord de l'alésage (27) de la dc)uille, se coucher légèrement dans le logement (30) de fa çon à pouvoir pénétrer dans l'alésage sans frottements excessifs. Pour faciliter la pénétration du ressort dans l'alésage, celui-ci est en général raccordé au rebord annulaire par une partie arrondie ou conique. Lorsque l'outil est enfoncé à fond dans la douille, la gorge (30) se trouve en face de la gorge (29) dont la profondeur est supérieure à la différence entre le diamètre extérieure des spires du ressort (33) et la profonde,- de-la gorge (30). Ceci permet aux spires du ressort (33) de se redresser.Ces spires sont alors capables de s'opposer aux efforts exercés dans une direction axiale. On comprend que, pour que l'extrac- tion soit possible, il conviendra d'exercer en même temps qu'un effort de traction dans le sens axal un effort de rotation qui tendra à coucher les spires sur le cOté et, ce faisant, leur permettra de franchir le rebord avant de la gorge (29) et de traverser l'alésage (27) jusqu'à la sortie. Le rebord avant de la gorge (29) peut comporter une partie arrondie ou conique pour faciliter cette extraction. La douille (28) comporte une queue dont la surface extérieure est cylindrique avec deux diamètres différents D1 et D2. Le diamètre D1 de la partie arrière est inférieur à D2.Le porte-outil (34) est pourvu d'un alésage connu portant lui-même deux diamètres successifs (D3) et (D4) déterminés de façon à permettre la mise en place de la queue de la douille (28) avec un faible jeu. Lorsque la douille est en place dans l'alésage, la face arrière de son rebord annulaire (32) vient en contact avee la face avant du porte-outil (34). Ces deux faces sont de préférence planes. On voit sur les figures 3 et 5 que la surface de raccordement (36) entre les diamètres extérieures (1)1) et (D2) de la douille ainsi que la surface de raccordement (37) entre les diamètres (D3) et (D4) de l'alésage du porte-outil sont usinées de façon à pouvoir y loger un joint torique (35) généralement en élastomère. Le diamètre du jonc, qui constitue ce tore, est voisin de D2 - D1. Le diamètre intérieur du tore est, de préférence, 2 légèrement inférieur à D1 pour obtenir une certaine adhérence du joint sur la queue.Les surfaces de raccordement (36) et (37) sont usinées de façon cue, lorsque le rebord annulaire (32) vient en appui sur le porte-outil (34), la distance entre ces surfaces de raccordement soit inférieure au diamètre du jonc (35). On peut, en particulier, donner à.la surface (36) une forme conique, ou, comme le montre la figure 5, annulaire arrondie en quart de cercle, de rayon égal ou supérieur au rayon du jonc (35) et donner à la surface (37) une forme conique dont l'inclinaison vs gssneralement comprise entre 30 et 60 par rapport à l'axe. La plus grande distance entre les surfaces (37) et (36) devra être, de préférence inférieure de 15 à 30 % environ au diamètre du jonc. Cette position de la douille dans le porte-outil sera maintenue glace à une ou plusieurs bagues métalliques élastiques fendues telles que (38) fixées dans une gorge (39) tout près de l'extrémité arrière de la queue de la douille (28).Les dimensions et ltemplacement de la gorge (39) et de la bague (38) sont déterminés de façon que, lorsque la bague est en place, la face arrière du rebord de la douille (28) se trouve au contact de la face avant du porte-outil ou à son voisinage immédiat. Dans le dispositif qui vient d'être décrit, le jonc torique en élas tomère (35) permet de freiner efficacement les mouvements de rotation possibles entre la douille et le porte-outil. On évite ainsi, ou on réduit considérablement l'usure de l'alésage du porte-outil. Ceci est particulièrement important dans les cas où on travaille en présence de poussières abrasives. Celles-ci qui finissent par pénétrer dans les jeux entre la douille et l'alésage du porteoutil accélèrent considérablement l'usure si les deux surfaces en contact se déplacent en rotation ou en translation l'une par rapport à l'autre. La fixation de l'outil dans la douille par un ressort à boudin torique permet, d'une part, un montage et un démontage extremement aisés et, d'autre part, une libre rotation de l'outil dans la douille.Celle-ci est nécessaire pour que le pic ait une longue durée d'utilisation grâce à une usure répartie sur toute sa surface. L'expé- rience a montré aussi que le ressort à boudins présente une excellente tenue pendant l'utilisation, et s'oppose très efficacement aux efforts axiaux qui tendent à faire sortir l'outil de la douille, tout en permettant une extraction manuelle aisée grâce à un effort combiné de rotation et de traction.Les essais ont montré de ce point de vue la supériorité du ressort à boudin sur le dispositif à bague fendue et bossage qui est décrit plus haut dans lequel il faut faire appel à un instrument pour l'extraction de l'outil.Enfin, l'expérience a montré aussi que les surfaces d'appui planes entre la collerette (31) de l'outil et le rebord annulaire (32), ainsi qu'entre ce même rebord (32) et la face avant du porte-outil (34) permettent de réduire la pénétration des poussières dans les jeux entre surfaces cylindriques en regard. Cette diminution de la pénétration des poussières ainsi que le freinage du mouvement en rotation de la douille par rapport au porte-outil évitent l'usure de l'alésage de celui-ci. Il est donc possible de disposer d'ensembles porte-outil identiques sur lesquels on peut monter des pics dont les queues ont des diamètres différents en utilisant toute une gamme de douilles dont les alésages sont adaptés pour recevoir ces pics mais dont les diamètres extérieurs sont identiques et correspondent aux alésages des porte-outils. On réduit, ainsi, de façon importante les frais d'outillages. Le dispositi de fixation rapide qui vient d'entre décrit peut comporter de nombreuses variantes ou modifications sans pour autant sortir du domaine de l'invention. La disposition du ressort à boudin torique qui assure la liaison entre l'outil et la douille peut, en particulier, être réalisée de différentes façons. Le re:i- peut être monté sur l'outil ou dans la douille ; on peut envisager aussi d'utiliser plusieurs ressorts logés de préférence dans des gcrges distinctes pour améliorer la tenue. On peut, aussi, envisager de fixer di rectement l'outil dans l'alésage du porte-outi'.. au moyen d'une fixation à ressort à boudin torique sans douille intermédiaire. Pans ce cas, l'outil peut tourner librement à l'intérieur de l'alésage du porte-outil lui-même et on n' u- tilise pas de dispositif de freinage par joint torique en élastomère. La figure 6 représente un mode de réalisation de l'invention selon lequel l'extrémité de la queue de l'outil dans laqullc t.S' sine la gorge qui contient le ressort à boudin torique (33) se trouve à ltextérieur du logement du porte-outil qui lui, n'est pas pourvu de gorge. Malgré cela, le ressort (33) se comporte pratiquement de la même façon que dans le cas de la figure 3 REVENDICATIONS 1/ - Dispositif de fixation rapide permettant un montage et un démontage facile d'un outil comportant une queue de révolution s'emboîtant dans un logement ménagé dans une pièce support ou dans une douille ct retenu dans ce logement par un moyen de fixation capable de s'opposer à des efforts de traction dans le sens axial, tout en permettant les mouvements de rotation, caractérisé en ce que le moyen de fixation est constitué par au moins un ressort à boudin torique placé dans au moins une gorge ou encoche annulaire usinée dans la queue de outil, le diamètre du boudin étant tel que, le tore étant disposé dans la gorge ou encoche, son diamètre extérieur soit nettement supérieur à celui de l'alésage qu'il devra traverser au cours de l'introduction de la queue dans le logement et en ce que le logement est aménagé de façon telle que, lorsque la queue est en place à l'intérieur, les spires du ressort ne sont pas comprimées par les parois du logement. 2/ - Dispositif suivant 1, caractérisé en ce que, lorsque la queue est en place dans I'alésage, au moins une gorge ou encoche annulaire usinée dans la queue de l'outil et contenant au moins un ressort à boudin torique se trouve en regard d'au moins une gorge ou encoche annulaire usinée dans le logement, le ou les espaces annulaires ainsi formés étant de dimensions telles que les spires dulou des ressorts outils contiennent ne sont pas comprimées. 3/ - Dispositif suivant 1 ou 2, caractérisé en ce que le support à l'intérieur duquel est fixée la queue de l'outil est une douille qui est ellemême fixée de façon amovible à l'intérieur de l'alésage du porte-outil. 4/ - Dispositif suivant 3, caractérisé en ce que, entre la surface de la douille qui se trouve à I'intérieur de l'alésage du porte-outil et cet alésage, un espace annulaire est ménagé dans lequel est logé un joint torique, généralement en élastomère, qui s appuie à la fois sur la surface extérieure de la douille et sur l'alésage du porte-outil, la distance entre les deux surfaces d'appui en regard étant telle que celles-ci exercent une pression sur le 3QlUt. 5/ - Dispositif suivant 1, 2, t ou 4, caractérisé en ce que l'outil com porte une collerette dont le rebord annulaire comporte une face arrière plane qui vient en appui sur la face avant du support à l'intérieur duquel il est place. 6/ - Dispositif suivant 5, caractérisé en ce que le support de l'outil est une douille intermédiaire dont le rebord annulaire comporte une face arrière plane qui vient en appui sur la face avant du support à l'intérieur duquel elle est placée.