Brevet FR2423313A1 — publié le 19791116

La présente invention concerne un élément de coupe pour le travail, en particulier, de roches, mais aussi de métaux, comprenant une partie de support en carbure fritté ou en matière dure analogue et, réunie à cette partie de support, une partie de coupe en diamant polycristallin ou en une autre matière de coupe superdure. Dans les éléments de coupe connus de ce type, la partie de coupe est formée d'une mince couche supérieure recouvrant complètement la partie de support et dont le contour correspond à celui de la partie de coupe. La partie de coupe est formée, en règle générale, principalement d'une composition de particules de coupe qui, en général, sont contenues à raison d'au moins 70 et de préférence de 80 à 90% en volume dans le corps façonné formant la partie de coupe qui a été aggloméré en une masse polycristalline De telles parties de coupe remplacent de grands cristaux monolithiques et utilisent d'une manière prédominante des particules de coupe en diamant ou en nitrure de bore cubique.Ces particules de diamant ou de nitrure de bore cubique peuvent être agglomérées par frittage et réunies les unes aux autres par auto-jonction sans l'aide de matières métalliques ou de matières agglomérantes semblables, mais des corps façonnés plus solides et plus durables peuvent être fabriqués pour former les parties de coupe lorsqu'une composition agglomérante adéquate est presente. Pour des parties de coupe en nitrure de bore cubique, c'est-à-dire des corps façonnés dans lesquels les particules de coupe, 'sont principalement du nitrure de bore cubique, une composition d'agglomération utilisée, le cas échéant, contient de pré- férence un catalyseur, appelé aussi solvant, pour la coalescence du nitrure de bore cubique, par exemple de l'aluminium ou un alliage d'aluminium et de nickel, de cobalt, de fer, de maganèse ou de chrome. De tels catalyseurs ou solvants sont relativement tendres.Pour réduire au minimum le pouvoir lubrifiant du catalyseur lorsque ces parties de coupe sont en service, la composition d'agglomération contient, de préférence, aussi une matière céramique, par exemple du nitrure de silicium, qui peut réagir avec le catalyseur pour former une matière dure Pour des parties de coupe en diamant dans lesquelles les particules de coupe sont principalement en diamant artificiel ou naturel, une composition d'agglomération éventuellement utilisée contient, de préférence, un solvant pour un agglomérat de diamant, pour lequel les métaux du groupe VIII du tableau périodique, par exemple le cobalt, le nickel ou le fer ou un alliage de tels métaux, sont adéquats.Des corps façonnés en diamant ou en nitrure de bore cubique formant les parties de coupe sont, en général, élaborés sous des conditions de température et de pression auxquelles les particules de coupe sont résistantes du point de vue cristallographique. La partie de support a, en général, la forme d'une plaquette, par exemple d'un mince disque rond, ou d'un tenon, le cas échéant avec une tête plus grosse, et est faite de carbure fritté ou de métal dur ou encore d'une matière dure adéquate, dans de nombreux cas d'acier présentant un module d'élasticité élevé, par exemple de la série N ou U~ Elle forme pour sa part un corps façonné qui facilite une fixation à un outil et qui soutien les parties de coupe sensibles à la rupture pendant qu'elles sont en service sur leurs côtés opposés aux forces de coupe actives. De tels éléments de coupe sont non seulement relativement onéreùx, mais, en raison de leur conformation, ils sont aussi limités dans leurs possibilités d'application. Ils subissent au niveau de la face de coupe formée par le coté supérieur de la partie de coupe, de leurs aretes de coupe et de leur surface de dépouille une usure habituellement rapide et ne peuvent, dans de nombreux cas, pas être utilisés de manière optimale L'invention remédie à cet inconvénient par un élément de coupe du type mentionné plus haut qui, en premier lieu, est caractérisé en ce qu'il est formé par une section d'un corps fatonné de départ, qui présente une zone de noyau faite de la matière de coupe et une zone extérieure qui l'entoure au moins périphériquement comme une enveloppe et qui est faite de la matière dure.L'élément de coupe forme de préférence ainsi un secteur cunéiforme du corps façonné de départ et présente avantageusement des faces supérieure et inférieure planes et parallèles l'une à l'autre. La partie de support et la partie de coupe #e l'élément de coupe peuvent présenter des hauteurs égales l'une à l'autre, mais il est aussi possible que la partie de support i l'élément de coupe se prolonge derrière et simultanément en dessous de la partie de coupe. Pour l'élément de coupe conforme à l'invention, la partie de coupe présente, en plus de plusieurs arêtes de coupe libres, aussi un coin de coupe libre de sorte que l'élément de coupe peut être utilisé d'une manière particulièrement variée pour des opérations de tournage, de fraisage et de forage, ainsi que pour d'autres opérations de traitement. Etant donné que la partie de coupe est formée par une zone de coin de masse augmentée pendant le fonctionnement de l'élément de coupe, on obtient une dissipation de chaleur avantageuse diminuant l'usure à partir de la partie de coupe vers la partie de support et, par l'intermédiaire de celle-ci, éventuellement vers l'outil, cependant qu'il est possible de tirer un profit sensiblement meilleur, ce qui entrarne des durées de vie plus longues sans perte de la capacité de fonctionnement et permet, suivant 1sangle d'attaque, t de travailler avec effet de coupe ou même simplement avec effet d'entaillage ou de soc ou de raclage sur ltouvrage à traiter. La partie de coupe est alors toujours maintenue et soutenue de manière sûre par la partie de support. De plus, la fabrication, en particulier des élément de coupe, est simple et peu onéreuse, même pour des formes variables. Le corps façonné de départ peut essentiellement présenter n importe quelle forme en vue d'une dissociation régulière ou même irrégulière. Dans une forme de réalistionfavçaMiblazze e- terne du corps façonné de départ est formée d'un corps annulaire rond entourant la zone de noyau simplement à sa périphérie et qui, lors d'une dissociation, par exemple par érosion par étincelles, fournit des éléments de coupe ayant la forme de secteurs cunéiformes dont l'ensemble de la pointe du coin est fait de diamant polycristallin ou d'une matière de coupe superdure ana1o#ue. De ce fait, la partie de coupe pre- sente cinq arêtes de coupe libres parmi lesquelles les arêtes de coupe formées au côté supérieur ou au côté inférieur intersectent en un point l'arête de coupe interne se trouvant à l'extrémité effilée du coin en formant deux pointes de coupe. Dans une autre réalisation avantageuse, la zone externe du corps façonné de départ peut former un cylindre creux fermé à sa partie inférieure et dont le creux est rempli complètement par la zone de noyau. La division d'un tel corps façonné de départ donne des éléments de coupe dont les parties de coupe sont p ti- culièrement bien supportées par leurs parties de support respectives, tandis que la partie de coupe présente encore des arêtes de coupe disposées le long de trois lignes limites qui se recou pent angulairement. Deux formes d'exécution de l'invention seront décrites ci-apres, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé, dans leowel: les Fig. 1 et 2 sont des vues en perspective de divers éléments de coupe conformes à l'invention, et les Fig. 3 et 4 sont des vues en perspective de corps façonnés de départ à partir desquels les éléments de coupe représentés sur les Fig. 1 et 2 sont formés par sectionnement. L'élément de coupe 1 représenté sur la Fig. 1 est constitué d'une partie de coupe 2 en diamant polycristallin ou en une matière de coupe superdure analogue ainsi que d'une partie de support 3 en métal dur ou en carbure fritté, par exemple en carbure de tungstène, en carrure de titane, encsrbwe de tantale ou en un mélange de ces matières. La partie de support frittée 3 com prend, de préférence, une composition métallique d'agglomération qui est faite de cobalt, de nickel, de fer ou de matières analogues ou encore d'un mélange de ces matières. La composition d'agglomération métallique est présente à raison d'environ 3 à 35% en poids du carbure utilise. L'élément de coupe 1 est formé d'une section du corps façonné de départ 4, qui présente une zone de noyau 5 faite de la matière de coupe et une zone extérieure 6 en matière dure entourant la zone de noyau à sa périphérie comme une enveloppe. Cette zone extérieure 6 a, conformément à l'exemple représenté sur la Fig. 3, la forme d'un corps annulaire rond ou d'un cylindre dont 11 espace intérieur annulaire est rempli d'une zone de noyau C, cylindrique ou en forme de disque. Par con' séquent, les éléments de coupe 1 formés par le sectionne ment d'un tel corps façonné de départ ont la forme de secteurs cunéiformes dont la partie de coupe 2 et la partie de support 3 sont de même hauteur.La partie de coupe 2 présente une arête de coupe 7 qui s'étend sur toute la hauteur de l'élément de coupe 1, ainsi que deux autres arêtes de coupe 8, 9 formées par ces lignes limites à ses faces supérieure et inférieure, qui intersectent l'arête de coupe 7 respectivement en un point formant une pointe de coupe. Les flèches représentées sur la Fig. 1 indiquent i sens du déplacement dun ouvrage à retoucher par rapport à l'élément de coupe 1. Il va de soi que l'ouvrage peut être immobile et que ltélément de coupe peut être animé de déplacements relatifs analogues. Pour l'angle de coin, on peut utiliser n'importe quelle valeur d'angle, mais ce sont des valeurs de 45, 60 ou 900 qui entrent principalement en ligne de compte.Dans l'exemple représenté, les faces limites ou de coin latérales de la partie de coupe sont planes dans le sens axial et dans le sens radial. L'élément de coupe 1' représenté sur la Fig. 2 correspond dans sa forme générale à celui représenté sur la Fig. 1, mais présente cependant une partie de coupe 2' qui ne s'étend que sur une partie de la hauteur de l'élément de coupe 1'. La partie de support 3' non seulement s'étend derrière toute la surface de la partie de coupe 2' comme dans l'élément de coupe 1 représenté sur la Fig. 1, mais se prolonge en même temps en dessous de toute sa surface inférieure en formant une zone de pointe cunéiforme saillante 3". Un tel élément de coupe est formé par une section d'un corps façonné de départ Li#' dans lequel la zone extérieure 6' forme un cylindre creux fermé a sa partie inférieure, c'est-à-dire une zone en forme de godet. Blespace creux de ce godet est à nouveau rempli d'une zone de noyau 5' en forme de cylindre ou de disque. La partie de coupe 2' présente., dans ce cas, trois arêtes de coupe 7', 8' et 9' qui se recoupent en un point à sa face supérieure en formant une pointe de coupe. Pour fabriquerles corps façcrnés de départ, on utilise de préférence des corps en carbure fritté préfaçonnés formant la zone extérieure 6 ou 6', dans lesquels l'espace intérieur est chaque fois rempli, par exemple, d'un mélange de particules de diamant et de poudre de cobalt. Auparavant, l'espace intérieur peut être revêtu d'une mince feuille de zirconium ou de tantale ou d'une matière analogue qui a, par exemple, une épaisseur de 100 microns. Le corps en carbure fritté préfaçonné 6 ou 6' est ensuite amené, avec la composition de remplissage pour la zone de noyau, dans la zone de réaction d'un dispositif de frittage dans laquelle le frittage de la composition formant la zone de noyau s'effectue à une température de, par exemple, 1.50000 environ et sous une pression de par exemple, 60 kilobars environ. Un tel traitement thermique sous pression d'une durée de 20 minutes, par exemple est suivi d'un refroidissement jusqu'à la température ambiante et d'un relâchement de la pression. Dans le corps fa tonné de départ 4, 4' ainsi produit, la zone de noyau 5 ou 5' forme une partie façonnée solidement unie à la zone extérieure 6 ou 6'. Le corps façonné de départ peut maintenant, par érosion par étincelles, être divisé en sections qui forment les éléments de coupe. REVENDICA [ #I0#S 1.- Elément de coupe pour le travail, en particulier de roches, mais aussi de métaux, comprenant une partie de support en carbure fritté ou en matière dure analogue et, unie à cette partie de support, une partie de coupe en diamant polycristallin ou en une autre matière de coupe superdure, caractérisé en ce qu'il est formé d'une section d'un corps façonné de départ (4, 4') qui présente une zone de noyau (5, 5') faite de la matière de coupe et une zone extérieure (6, 6') faite de la matière dure et entourant la zone de noyau au moins à sa périphérie comme une enveloppe. 2.- Elément de coupe suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il forme un section cunéiforme du corps façon- né de départ (4, 4'). 3.- Elément de coupe suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ses faces supérieure et inférieure sont planes et parallèles l'une à l'autre. 4.- Elément de coupe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins trois lignes limites (7, 8, 9; 7', 8', 9') de sa partie de coupe (2, 2') qui s'intersectent en formant des angles forment les arêtes de coupe. 5.- Elément de coupe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie de support (3) et la partie de coupe (2) de l'élément de coupe (1) ont la même hauteur. 6.- Elément de coupe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que sa partie de support ( 3") se prolonge derrière et simultanément en dessous de la partie de coupe (2') sur toute sa surface. 7.- Elément de coupe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que sa partie de coupe (2, 2') présente des surfaces limites latérales planes. 8.- Elément de coupe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 et 7, caractérisé en ce que la zone extérieure (6) du corps façonné de départ (4) forme un corrs annulaire rond n'entourant la zone de noyau (5) qu'à sa périphérie. 9.- Elément de coupe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 et 6 et 7, caractérisé en ce que la zone extérieure (6') du corps façonné de départ (4') forme un cylindre creux fermé à sa partie inférieure. 10.- Elément de coupe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la zone extérieure (6, 6') du# corps façonné de départ (4, 4') est formée d'un corps préfaçonné séparé et la zone de noyau (5, 5') est frittée dans ce corps préfaçônné.