Brevet FR2359667A1 — publié le 19780224

Le procédé et le dispositif qui font l'objet de l'invention résultent des travaux de Messieurs Christian AUSSEL et André DEVILLE. Ils concernent l'usinage des métaux par enleement de matière, et plus particulierement l'usinage au tour de barres métalliques dont la surface présente le plus- souvent un état brut de transformation. Ce procédé et ce dispositif conviennent plus spécialement pour l'écroutage au tour sans centre, par passes importantes, de métaux durs sous forme de barres de section grossiàrement circulaire, pouvant présenter de nombreux défauts de surface.C'est le cas, par exemple, des barres brutes de forgeage ou de laminage en aciers ordinaires, en aciers de construc- tion, ou encore en aciers inoxydables ou réfractaires. Les méthodes courantes d'écroutage de ces barres font appel de façon de plus en plus généralisée à des outils rapportés, constitués par des plaquettes en matière dure. Cette matiere est, le plus souvent, à base de carbure de tungstène, fritté avec un liant convenable, et additionné éventuellement d'autres composés tels que le carbure de titane. Les plaquettes comportent, en général, plusieurs aretes de coupe utilisables successivement, et sont le plus souvent fixées sur le porte-outils par un dispositif de bridage qui permet de les mon- ter et démonter rapidement. On peut ainsi, dès qu'une arete de coupe est usée, modifier la position de la plaquette afin de mettre en service une autre arête, ou encore, remplacer la plaquette usée par une neuve. Les figures ci-après permettent de mieux comprendre l'état actuel des techniques d'usinage au moyen de plaquettes rapportées, et les caractéristiques du procédé et du dispositif suivant l'invention. La figure I est une vue en plan d'une plaquette de coupe hexagonale de type connu. La figure 2 est une vue en élévation de la plaquette de la figure 1. La figure 3 est une vue en plan de la plaquette des figures I et 2, montée sur un porte-outils et fixée avec une bride. La figure 4 est une vue en coupe d'un detail de la figure 3-i La figure 5 est une vue en plan d'une plaquette de coupe de type connu comportant 4 aretes de coupe, conçue plus particulièrement pour l'ecroutage. La figure 6 est une vue en élévation de la plaquette de la figure 5. La figure 7 est une vue en plan d'un dispositif connu d'usinage au moyen de deux plaquettes de coupe montées sur un seul porte-outils. La figue 8 est une vue en plan d'un dispositif d'usinage suivant l'invention comportant deux plaquettes de coupe montées sur un seul porte-outils dans lequel la plaquette d'ébauche est d'un type nouveau. La figure 9 est une vue en plan de la plaquette suivant l'invention, déjà représentée figure 8. La figure 10 est une vue en élévation suivant une grande face latérale longitudinale dè la plaquette de la figure 9. La figure il est une vue de côté de la plaquette représentée figure 9. la figure 12 est une vue en plan d'un dispositif d'usinage suivant l'invention dans lequel les plaquettes sont bridées au moyen d'un type spécial de bride brise-copeaux. Les figures 1 à 6 montrent deux types de plaquettes couramment utilisées pour l'usinage au tour, et en particulier, pour l'écroutage au moyen de tours sans centre. les figures 1 et 2 représentent une plaquette de coupe (1) en forme de prisme droit, à base hexagonale. Les intersections des 6 faces latérales telles que (2) et (2') avec les bases forment six arêtes principales de coupe telles que (3) et six arêtes secondaires de planage ou d'appui, telles que (4). On voit que les arêtes de coupe et de planage sont de longueurs sensiblement égales. Les faces latérales et les arêtes sont raccordées par des arrondis. Les figures 3 et 4 montrent l'utilisation, pour l'écroutage d'une barre cylindrique, de cette plaquette. Pour cela, la plaquette (1) est montée sur un porte-outils (5) Elle est encastrée dans un logement (6) ainsi que la plaquette d'appui (7) en général en acier, sur laquelle elle repose. Ce logement est orienté de façon que l'arete d'appui (8) soit parallèle à l'axe de la barre à écroûter (9).L'angle d'arête principal (a) est dans ce cas, d'environ 250. L'angle de coupe utilisé dépend de la nature du métal à usiner.Dans le cas de l'écroutage des aciers, on préfère en général travailler avec'. un angle négatif de l'ordre de 5 qui est obtenu par une inclinaison convenable de la surface sur laquelle repose la plaquette d'appui (7) surmontée de la plaquette de coupe (1) dans le logement (6) du porte-outils (5). Une bride (10) maintient la plaquette dans son logement grâce à une vis de blocage (11). D'une façon générale, les plaquettes hexagonales présentent l'intérêt de disposer de 6 arêtes de coupe utilisables successivement. Elles conviennent bien pour des travaux d'usinage ou d'écroûtage de produits en acier dont la surface n'est pas trop irrégulière ou oxydée.Il est alors possible, au moyen d'une plaquette ayant par exemple un diamètre de cercle inscrit d'environ 22 mm et des arêtes de coupe et d'appui d'environ 15 mm, de réaliser des profondeurs de passe de l'ordre de 4 mm par rapport au rayon avec des avances variables suivant la dureté et la nature du métal. Ces plaquettes peuvent comporter en arrière de l'arête de coupe des surfaces brise-copeaux qui évitent les risques d'accumulation et de bourrage des copeaux, mais diminuent la tenue mécanique de l'arête. De façon générale, ce type de plaquette convient mal à l'écroutage des barres en aciers forgés de surface irrégulière et oxydée. Un autre type courant de plaquette est celui décrit dans le brevet FR 1.587.936. Cette plaquette (voir figures 5 et 6) est plus compacte que la précédente. Cette compacité a été obtenue en ne conservant que quatre arêtes de coupe et quatre aretes d'appui sensiblement égales, ce quia permis de donner une forme d'octogone allongé à la plaquette vue en plan, et, par conséquent, de réduire sa largeur "l". Par contre, ltepaisseur-"e" a été accrue en valeur rela- tive puisqutelle est voisine de la. largeur "l". Un tel rapport e/l élevé favorise la résistance mécanique de la plaquette vis-à-vis des efforts qui stexer- cent sur ses arêtes de coupe.Le bridage de cette plaquette est effectué sur le côte, ce qui permet d'éviter ou de réduire les contacts avec les copeaux. > et, par conséquent, de diminuer l'usure de la bride. Ce type de plaquette est essentiellement conçu pour des travaux d'usinage ou d'écroûtage avec angle de coupe positif généralement de quelques degrés. Il permet, dans ces conditions, d'obtenir de bons états de surface ; l'arête secondaire d'appui qui comporte souvent un chanfrein à angle de dépouille nul ou négatif, permet d'éviter ou de réduire au minimum les vibrations en assurant un appui stable. Ce type de plaquette est mal adapté à ltécroûtage de barres d'acier brutes de forge recouvertes d'une couche de calamine et présentant souvent des irrégularités de forme et des replis.La résistance mécanique de l'arete de coupe à l'abrasion et aux chocs est alors insuffisante et la largeur de l'arête de coupe souvent trop faible pour pouvoir absorber sans incidents les surépaisseurs localisées. Ainsi une plaquette de ce type de 25 mm de long pour laquelle l'angle d'arete principale est de 250 aura des arêtes de coupe d'environ 11 na de long, et permettra donc une profondeur de passe qui ne dépassera pratiquement pas 4 mm par rapport au rayon. Les surépaisseurs éventuelles débordant l'arête de coupe risqueront de venir au contact de la bride et de provoquer sa rupture. Une autre solution permettant de réaliser de fortes profondeurs de passe et d'obtenir un bon état de surface a été proposée : elle consiste à com- biner sur un outil de tour à écrouter deux outils successifs, le premier permettant d'effectuer une forte passe d'écroutage, tandis que le second effectue derrière le premier une passe de finition.La figure 7 est une vue en plan d'un tel montage dans lequel un porte-outils (12) est équipé d'une plaquette circulaire (13) à bridage axial par une vis (14) qui permet d'effectuer la première passe d'écroutage, la deuxième passe étant faite par une plaquette hexagonale (15) fixée par une bride (16 > . L'expérience a montré qu'une telle disposition convenait mal pour l'écroutage des aciers forgés ou laminés à chaud, la plaquette circulaire à fixation centrale n'ayant pas une tenue mécanique suffisante et résistant mal à l'abrasion. L'emploi, à la place de la plaquette circulaire, d'une plaquette du type décrit dans le FR 1.587.936 est possible, mais il ne résoud pas davantage les problèmes qui viennent d' être exposés qui concernent les grandes profondeurs de passes nécessaires pour les produits bruts de forme irrégulière, la tenue mécanique des arêtes de coupe et les accumulations éven tue îles de copeaux. Le procédé et le dispositif suivant l'invention permettent de résoudre l'ensemble de ces difficultés de façon inattendue, en combinant l'aptitude à l'écroatage par fortes passes avec une tenue mécanique de la plaquette considérablement accrue. De plus, le procédé suivant l'invention, dans le cas de l'écroûtage d'aciers donnant des copeaux longs et ductiles, s'adapte facilement à l'utilisation de dispositifs brise-copeaux particulièrement efficaces.Ce procédé consiste à combiner sur un porte-outils l'utilisation dune première plaquette d'écroûtage d'un type nouveau qui est conçue pour la réalisation de fortes passes d'écroûtage, tout en conservant une possililité supplémentaire d'absorber sans incidents des surépaisseurs accidentelles localisées, avec une deuxième plaquette finisseuse, montée en tandem, qui enlève une quantité optimale de métal afin d'obtenir un bon état de surface, tout en assurant, en même temps, l'appui de l'ensembleporte-outils par rapport à la pièce. Ce dernier rôle est particulièrement important dans le cas de l'écroutage sur tours sans centre, où il faut éviter ou réduire le plus possible les vibrations.L'exemple non limitatif ciaprès permet de mieux comprendre les caractéristiques essentielles du dispositif qui permet de réaliser le procédé suivant l'invention. Comme on le voit sur la figure .8, le porte-outils (17) comporte une plaquette d'ébauche (18) d'un type nouveau et une plaquette de finition (19) de type classique qui, dans cet exemple, est une plaquette hexagonale. Sur cette figure, les brides de fixation n'ont pas été représentées afin de mieux voir la disposition des plaquettes. Les figures 9, 10 et 11 représentent de façon plus détaillée, la plaquette d'ébauche de type nouveau, dont les caractéristiques sont essentielles pourla mise en oeuvre de l'invention. Cette plaquette a été conçue dans le but de donner à la zone de coupe un développement maximum, l'arête d'appui ou de planage étant réduite au minimum nécessaire pour éviter les vibrations. Cette plaquette a la forme générale d'un parallélépipède rectangle comportant deux grandes bases telles que (20), deux grandes faces latérales longitudinales telles que (21), et deux petites faces latérales transversales telles que (22). Les faces latérales sont raccordées entre elles par des plans relativement étroits tels que (23), (24), et (25) qui constituent quatre faces latérales secondaires raccordées suivant des angles bien déterminés avec les faces principales. C'est l'intersection des faces secondaires avec les bases qui définit les arêtes d'appui ou de planage.Ces quatre faces latérales ssendaires ont des largeurs moyennes généralement inférieures au tiers de la largeur des grandes faces latérales. Les figures 9, 10 et 11 montrent l'existence en avant de l'arête principale de coupe (26) & e arête auxiliaire de coupe (27) dont laclongueur ne dépasse pas environ le tiers de l'arête principale (26). C'est cette arête principale qui assure normalement la coupe. L'arête (27) ntintervient dans la coupe que de façon accidentelle quand le produit en cours d'écroutage présente localement des surépaisseurs : elle permet alors d'absorber eelles-ci sans incident.Il est ainsi possible d'utiliser en écroûtage des largeurs de coupe moyennes voisines de la longueur totale du tronçon principal de l'arête de coupe, tout en disposant d'une marge de sécurité constituée par l'arête (27), qui est en quelque sorte en réserve. A l'arrière de l'arête principale (26), l'arête (28) orientée parallèlement à l'axe de la pièce à écroûter, joue le rôle d'appui. Sa longueur peut être réduite au minimum etant donné que, comme le montre la figure 8, c'est la plaquette de finition (19) qui assure l'appui du porte-outils (17) sur la pièce en cours d'usinage (29) par son arête secondaire d'appui (30).Celle-ci qui présente unè longueur importante est d'autant plus efficace pour stabiliser le porte-outils,qu'elle se trouve en contact avec une surface de barre lisse et régulière aprèsia passe de finition. Une autre caractéristique très importante de cette plaquette d'ecroûtage de type nouveau réside dans la tenue mécanique exceptionnelle qui est conférée à chacune des 4 arêtes de coupe, telles que (26) par l'angle dièdre supérieur à 909 forme par les deux plans qui stintersectent suivant cette arête. L'un de ces deux plans est constitué par la grande face latérale (21) de la plaquette, tandis que l'autre (31) forme avec le plan de base supérieur (20) un dièdre d'arête (32).Cette arête (32) n'est pas parallèle au plan de la grande face latérale (21) mais fait avec lui un angle d'environ 50 à 100. Son origine est au voisinage de l'intersection de l'arête principale de coupe (26) et de l'arête d'appui (28), tandis que son point d'aboutissement se trouve sur l'arête (33) au voisinage de l'extré- mité de l'arête auxiliaire de coupe (27). La surface (31) est inclinée d'environ 250 par rapport au plan de base. Une telle disposition confère une tenue méca- nique accrue très importante à l'arête (26) par rapport aux angles dièdres habituels qui, en coupe positive, sont inférieurs à 900 , et même le plus souvent égaux ou inférieurs à 800.Ici, au contraire, l'angle dièdre est d'environ 1150. Ces plaquettes suivant i1 invention sont utilisées exclusivement en coupe négative, et comme l'angle de dépouille principal est généralement de l'ordre de 4 à 6 , on voit que, pour un angle dièdre proche de 1150, l'angle de coupe sera d'environ 300 à quelques degrés près, en plus ou en moins. Les plaquettes d'ébauchage suivant l'invention peuvent avoir des dimensions variables suivant les besoins. Une dimension courante 'pourra, par exemple, s'inscrire dans un parallélépipède rectangle dont les grands côtés ont environ 25 mm, et les petits côtés environ 20 mm. Les quatre arêtes principales de coupe comporteront un tronçon parallèle aux grandes faces latérales d'environ 16 mu de long, les quatre faces latérales secondaires étant sensiblement égales, perpendiculaires aux grandes bases et faisant un angle d'environ 1559 avec les grandes faces latérales. Les arêtes auxiliaires de coupe et les arêtes d'appui ont des longueurs sensiblement égales d'environ 5 mm. La plaquette de finition est une plaquette hexagonale de type courant. Le bridage de ces deux plaquettes peut être assuré par toute bride de type classique. Il peut cependant être effectué de façon particulièrement avantageuse au moyen d'une ou de deux brides brise-copeaux du type qui fait l'objet de la demande de brevet français n0 76 04 521 dépesée le 13 Février 1976. La figure 12 montre l'utilisation de telles brides dans u t ispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.On voit que la plaquette d'ébau che (34) conforme à l'invention et la plaquette de finition (35) sont bridées au moyen de brides brise-copeaux (36) et (37) de forme générale conique en carbure de tungstène fritte fixées sur le fortes outils (44) par des vis axiales (38) et (39) et calées par des cales (40) et (41) également en carbure de tungstène fritté, qui sont chacune en appui sur le bord latéral d'une des brides. Les cales elles-memes sont engagées dans des logements (42) et (43) usinés dans le porte-outils. On voit que de telles brides peuvent jouer efficacement le rôle de brise-copeaux car les copeaux qui sont détachés par l'arête principale de coupe viennent en contact avec les parois coniques de ces brides circulaires, ce qui dévie fortement leur trajectoire. L'expérience montre que cette déviation favorise la rupture des copeaux en fragments de faible longueur. Il est possible également, en disposant convenablement les brides par rapport à la trajectoire des copeaux, de dévier ceux-ci à la fois vers le haut et latéralement dans une direction déterninée, pour réduire encore les risques d'accumulation et de bourrage de copeaux. Comme cela a été décrit dans la demande de brevet citée plus haut, ces brides ont une très grande résistance à l'usure, et leur mode de calage évite les risques de dévissage ou de grippage ou encore de cisaillement de la vis axiale qui les maintient. En vue d'exercer une pression suffisante sur les plaquettes, la surface supérieure de celles-ci doit être à un niveau au moins égal à celui de la surface du porte-outils autour du logement et, de préférence, dépasser celui-ci de 1 à 2 dixièmes de mm. Un dispositif tel que celui qui vient d'être décrit, comportant une plaquette d'ébauchage à arête principale (tronçon parallèle à la grande face latérale) de 16 mm travaillant suivant un angle d'arête principale de 250, permet de réaliser des profondeurs de passes d'écroutage de l'ordre de 6 inin par rapport au rayon,des surépaisseurs accidentelles pouvant atteindre près de 4mm par rapport au rayon étant absorbées par le tronçon court situé en avant de cette arête principale. De plus, en taillant le plan supérieur tel que (31) du dièdre qui supporte l'arête de coupe de la façon qui a été précisée, on provoque un enroulement des copeaux qui les fragilise. Les exemples qui viennent d'être donnés permettent de comprendre les caractéristiques essentielles du procédé d'écroutage suivant l'invention. Il est bien clair que ce procédé repose sur l'utilisation au moyen d'un même porte, -ou- tils d'une plaquette de coupe conforme à l'invention associée à une plaquette de coupe de type classique. Cette dernière peut entre d'un type quelconque à condi tion > qu'elle comporte une arête d'appui d'une longueur suffisante pour réaliser un calage correct du porte- outils contre la barre à écrouter. la plaquette d'ébauche peut présenter des dimensions différentes de celles qui ont été données à titre indicatif. Elle se caractérise par ltextension de ses arêtes principales de coupe par rapport à ses arêtes d'appui, dont la longueur ne dépasse pas sensiblement le tiers du tronçon rectiligne le plus long de l'arête de coupe. Elle se caractérise aussi par l'angle dièdre supérieur à 900 formé par les deux plans qui stintersectent suivant l'arête de coupe ; cet angle dièdre peut varier entre environ 105 et 1300. L'angle arête principal est égal au supplément de l'angle dièdre entre les faces latérales secondaires telles que (24) et les grandes faces latérales longitudinales telles que (21).Il peut varier entre environ 10 et 350. Cette-disposition ainsi que l'existence en avant du tronçon principal, d'un tronçon d'arête de coupe de longueur réduite, mais susceptible de travailler suivant un angle d'arête double, permet d'accroître de façon spectaculaire le poids de copeaux d'écroutage produit pour un même poids de plaquettes de carbure mis en oeuvre. Cette disposition permet aussi, grâce à la coupe négative et à l'obliquité de l'arête de coupe, de réaliser des copeaux roules et courts qui sont fragilisés et se dégagent facilement de l'outil sans créer de bourrage. L'utilisation de dispositifs brise-copeaux est alors moins nécessaire.L'accroissement de production permis par ce dispositif est d'autant plus sensible quelles métaux ou alliages écroûtes sont plus durs et que les ronds bruts nécessitent des passes plus importantes. le bridage des plaquettes d'ébauchage peut être réalisé de différentes façons. On peut, en particulier, envisager un bridage latéral tel que celui qui est décrit dans le FR 1.587.936. Dans ce cas, on peut envisager de donner aux faces latérales transversales des plaquettes suivant l'invention des formes analogues à celles qui sont représentées par les figures 5 et 6, le logement du porte-outils étant alors aménagé en conséquence. Cependant, un bridage sur la face supérieure est généralement préférable à condition que le type de bride utilisé puisse résister à l'action mécanique des copeaux, en particulier quand ceuci comportent une couche d'oxyde dont l'action abrasive peut être considérable. Ce dernier cas est celui des couches d'oxydes formées a chaud sur les aciers inoxydables ou réfractaires. Dans ces cas, les brides circulaires du type décrit et revendiqué par la demande de brevet français n0 76.04 521 sont particulièrement EntBrasantes. REVENDICATIONS 10) Plaquette de coupe en matière frittée à base de carbures métalliques pour l'ecroûtage au tour de matéraaux métalliques, caractérisée en ce que dans le but de permettre des passes profondes d'écroutage, elle comporte quatre arêtes de coupe et quatre arêtes d'appui, et en ce que les arêtes de coupe sont chacune composée de deux tronçons inégaux, d'orientation différente, le tronçon le plus court, ou arête auxiliaire de coupe étant disposé en avant dans le sens de la coupe, et en ce que l'autre tronçon ou arête principale de coupe a une longueur au moins double de celle de l'arête auxiliaire de coupe ou de l'arête d'appui. 20) Plaquette de coupe suivant 1, caractérisée en ce que l'angle d'arête principale de l'arête auxiliaire de coupe est sensiblement égal au double de celui de l'arête principale de coupe, et en ce que la longueur des arêtes auxi-' liaires de coupe est sensiblement égale à celle des arêtes d'appui. 3 ) Plaquette de coupe suivant 1 ou 2, caractérisée en ce que l'angle dièdre dont l'arête est constituée par l'arête principale de coupe, est compris entre 105 et 130 . 4 ) Dispositif d'écroutage au tour comportant un porte-outil sur lequel sont montées au moins deux plaquettes de coupe, avec au moins une plaquette d'embauche et au moins une plaquette de finition, caractérisé en ce que la plasuette d'ébauche est conforme à l'une des revendications 1, 2 ou 3. 52) Dispositif d'écroùtage au tour suivant la revendication 4 muni d'au moins un dispositif de bridage brise--copeaux comportant - une bride en matière dure dont la forme générale est sensiblement de révolution ayant une base sensiblement perpendiculaire à l'axe, des parois latérales inclinées sur la majeure partie de leur hauteur, de façon à se rapprocher de l'axe en allant de la base à la partie supérieure, et un alésage axial. - un moyen de fixation de la bride sur 1e porte-outil qui traverse l'alésage de la bride et se raccorde au porte-outil au-dessous de la base, ce moyen permettant de positionner la bride de façon que wa base recouvre une partie de la surface supérieure du porte-outil adjacente au logement de la plaquette de coupe, ainsi qu'fine partie de la partie supérieure de cette plaquette, ce moyen permettant, également, d'exercer une pression par l'intermédiaire d'une partie de la base de la bride sur la plaquette de coupe de façon à la maintenir dans son logement. - un moyen de cAlage de la bride qui prend appui, d'une part sur le porte-outil, et d'autre part, sur la sue-face latérale de la bride au voisinage de la base de façon à empêcher un déplacement de la bride, en direction de ce moyen de calage, la ou les surfaces de contact entre ce moyen de calage et la bride étant disposées de façon à empêcher un déplacement angulaire de la bride en cours d'utilisation tout en permettant de modifier cette position angulaire chaque fois que cela est nécessaire. 6 ) Procédé d'écroûtage au tour de barres en métaux durs tels que des aciers de construction, des aciers inoxydables et des aciers réfractaires carac térisé en ce que la ou les passes d'ébauchage sont effectuées au moyen d'au moins une plaquette de coupe conforme à ltune des revendications 1, 2 ou 3. 7 ) Procédé suivant la revendication 6, earaete.rise en ce qu'il fait appel à un dispositif d'écroutage conforme aux revendications 4 ou 5. 8 ) Procédé suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le tour d'écrodtage utilisé est un tour sans centre. 90) Produits obtenus par le procédé suivant l'une des revendications 6, 7 ou 8.