Brevet FR2483844A1 — publié le 19811211

L'invention est relative à un emporte-pièce rotatif permettant de percer des trous9 notamment des trous de gran- de longueur, en particulier dans des matières molles et/ou élas- tiques, telles qu'un caoutchouc faiblement vulcanisé Le problème du perage de trous dont la longueur par rapport à leur diamètre est relativement grande, se pose en particulier pour la fabrication de certains pneus iocrevables. Les figures d et la ci-jointes représentent schématiquement un tel pneu, ou tout au moins sa partie interne. :Rlle se compose de six secteurs 1 accolés deux par deux suivant un plan médian perpendiculaire à l'axe de symétrie du pneu, chacun de ces ensem- bles de deux secteurs accolés constituant une partie de tors s'étendant sur 120 et la réunion de trois de ces parties de tors constituant la partie interne du pneu proprement dite0 Pour donner au pneu la souplesse et l'élasticité désirables, il faut percer des trous 2 parallèles à l'axe du pneu dans chacun des secteurs avant d'accoler ceux-ci deux par deux. Ce perçage se fait Jusquà maintenant à l'aide d'un outil, ou emporte pièce rotatif, représenté en coupe longitdinale sur la figure 2 ci-jointe. Il se compose d'une tête en acier 3 constituée d'un barreau cylindrique i section circulaire dont la partie supé- rieure libre 3a se terminant par un chanfrein 3b permet de fixer l'eporte-pièce rotatif,par exemple dans le mors d'une peroeuse, de façon qu'il puisse outre entrains en rotation par ce mors.La partie inférieure 3c de la tette 3 forme un biseau facilitant l'évacuation de la matière enlevée par le travail de l'outil. Sur la tête 3 est fixé, par exemple par brasure, un tube cylindrique de section circulaire 4 dont l'extrémité inférieure est affûtée suivant un tranchant 4a dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'outil. Le tube 4 présente en outre dans la région de l'extrémité infrieure en biseau 3c de la tête 3, une échancrure 4b pour permettre l'évacuation de la matière enle- vée par le travail de l'outil. Notamment lorsqu'il est utilisé pour le perçage des trous 2 dans les secteurs 1 en caoutchouc faiblement vulcanisé, (dureté Shore 20 à 30) dont l'assemblage constituera la partie interne du pneu décrit ci-dessus en se référant aux figures 1 et la, cet emporte-pièce rotatif connu selon la figure 2 présente de nombreux inconvénients. Principalement, du fait du frottement sur le caoutchouc, un échauffement important se produit sur le tranchant 4a ainsi que sur les parois interne et externe du tube 4. Cet échauffement peut être tel qu'il entrain une fusion superficielle de la matière en cours de perçage, ce qui oblige à limiter à des valeurs très basses, incompatibles avec des conditions opératoires économiques, la vitesse de rotation et la vitesse de pénétration de l'outil.En outre, et malgré ces valeurs très basses, le tranchant 4a doit être réaffAté à des intervalles de temps très rapproches de l'ordre de la minute ou même moins, ce qui entrasse des pertes de temps considérables. Enfin, cette détérioration très rapide de l'outil connu fait qu'après le perçage de quelques dizaines de trous seulement,la puissance nécessaire pour assurer l'avance de l'outil dans la matière à percer augmente dans des proportions considérables et qu'en outre la qualité des perçages n'est plus satisfaisante, des arrachements se produisant dans la matière au contact de outil. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients de l'outil connu et de créer, en conséquence, un emportepièce rotatif qui puisse fonctionner sans re'affdtage pendant une longue durée, sans que cependant la puissance nécessaire pour assurer l'avance de l'outil augmente notablement, méme après le perçage d'un grand nombre de trous. A cet effet, l'invention concerne un emporte-pièce rotatif caractérisé en ce que le tube cylindrique de section circulaire comporte, au moins sur sa face externe, au moins une rainure hélicoidale dont le fond présente des trous traversants faisant communiquer la face externe du tube avec sa face interne. L'invention va être décrite plus en détail, en se référant à un exemple non limitatif de realisation 'représenté sur les dessins ci-joints, dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement, vue selon son axe et avec un de ses secteurs constitutifs enlevé, la partie interne d'un pneu increvable - la figure la est une coupe selon I-I de la figure 1 - la figure 2 représente en coupe longitudinale un emporte-pièce rotatif connu - la figure 3 représente en coupe longitudinale la partie inférieure d'un emporte-pièce rotatif conforme à l'invention, cette partie inférieure étant engagée dans la matière à percer. - la figure 3a correspond à plus grande échelle au détail A de la figure 3, - la figure 3b est une coupe selon II-II de la figure 3, - la figure 3c représente, développée dans un plan, l'extrémité inférieure coupante de lemporte-pièce rotatif conforme à l'invention0 Seule la partie inférieure de Memporte-pièce rotatif conforme à l'invention a été représentée sur la figure 3, car la partie supérieure de cet outil est identique à celle de l'outil connu représenté sur la figure 2. L'emporte-pièce rotatif conforme à l'invention comporte en effet, une teste identique à la tête 3 de la figure 2, avec sa partie supérieure 3a permettant de la fixer par exemple dans le mors d'une perceuse et avec sa partie inférieure biseautée 3c.Sur cette tette est fixé un tube cylindrique de section circulaire 14 dont la partie supérieure est analogue à celle du tube cylindrique de section circulaire 4 de la figure 2 et comporte une échancrure analogue à l'échancrure 4b représentée sur cette même figure. Par contre, et ainsi que le montre la figure 3, la partie inférieure du tube 14 est tout à fait différente de celle du tube 4 représenté sur la figure 2. Tout d'abord, cette partie inférieure du tube 14 est elle-même constituée de deux parties en des matériaux de nature différente. Alors que la majeure partie du tube 14 depuis sa fixation sur la tête de l'outil jusqu'au voisinage du tranchant 14a est en acier, par exemple en acier dur au carbone la zone du tranchant 14a est en carbure de tungstène rapporté par brasure sur la partie en acier du tube 14. Par ailleurs, le bord affûté du tranchant 14a ne se situe pas, comme le bord affûté du tranchant 4a de l'ou- til connu, dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'outil, mais revêt une forme ondulée clairement mise en évidence sur les figures 3b et surtout 3c. En outre, la face externe du tube 14 comporte deux rainures 15 et 15' en forme d'hélices. Ces deux hélices, lorsqu'on les parcourt en allant de la partie supérieure de l'outil vers le tranchant 14a, tournent dans un même sens qui est inverse du sens de rotation de l'outil. Le fond des rainures 15 et 15', comme le montre plus particulièrement la figure 3a, est percé de trous traversants t6 qui font communiquer la face externe du tube 14 avec sa face interne. La figure 3 représente la partie inférieure de l'emporte-pièce rotatif conforme à l'invention, alors quelle a déjà pénétré sur une certaine longueur dans la matière 17 à percer, par exemple du caoutchouc faiblement vulcanisé. A l'intérieur de 1' emporte-pièce rotatif, cette matière constitue alors une carotte 17' qui viendra contre le biseau, correspondant au biseau 3a de la figure 2, de la tête de l'outil, sera déviée par ce biseau et s'évacuera par l'échancrure, correspondant à l'é chancrur'e 4b de la figure 2, de la partie supérieure du tube 14. La matière molle 17, 17', du fait d'une certaine adhérence sur les faces externe et interne du tube 14, est entraînée dans une certaine mesure par ce tube 14 lorsqu'il est animé, par exemple par l'intermédiaire du mors d'une perceuse, d'une vitesse de rotation et d'une vitesse de pénétration. Cet entrainement se traduit par la formation d'une sorte de "vortex" 18 notamment au contact de la face externe du tube 14. Pendant l'opération de perçage, un liquide de refroidissement, par exemple de l'eau dans le cas où la matière à percer est du caoutchouc, est injecté dans la zone du vortex 18 par un dispositif d'arrosage 19.Cette eau se rassemble dans la cavité 18 à partir de laquelle elle est litéralement "pompée" par les rainures hélicoìdales 15 et 15' et acheminée par elles jusqu'au tranchant 1 4a en lubrifiant sur son passage la face externe du tube 14, ainsi que la face interne de ce tube à laquelle elle parvient par les trous 16. Dans l'ensemble, on constat que l'eau de refroidissement circule depuis la partie supérieure du tube 14 vers le tranchant 1 4a sur la face externe du tube 14 et circule en sens inverse sur la face interne de ce tubes pour être finalement évacuée par l'échancrure ménagée à la partie supérieure du tube et par laquelle s'évacue également la carotte de perçage.Cette lubrification de l'emportepièce rotatif conforme à l'invention par l'eau de refroidissement, grâce à la présence des rainures hélicoïdales perforées 15 et 15', a une influence très heureuse sur le comportement de 1' outil. La face externe et la face interne de cet outil ainsi que son tranchant, sont pratiquement revêtus d'un film liquide qui les empêche d'être en contact de frottement direct avec la matière à percer. il en résulte une stabilisation spectaculaire de la puissance nécessaire pour l'opération de perçage et une diminution corrélative de 11 échauffement de l'outil. La forme ondulée de l'arête tranchante 14a de l'outil contribue également dans une large mesure à cette amélio- ration spectaculaire en permettant à l'outil d'aborder la matière selon un angle de coupe beaucoup plus favorable que 11 outil classique . le frottement entre l'outil et la matière, parallélement à l'arte tranchante de l'outil, et donc l'usure de cette arête tranchante, eeen trouvent fortement réduite.C Comme par ailleurs l'arSte tranchante de l'outil est ici constituée par une matière très dure (carbure de tungstène) rapportée, les affûtages de l'outil n'interviennent plus qu'à des intervalles de temps très espacés. En résumé, l'emporte-pièce rotatif conforme à l'invention, si son comportement lors du perçage des premiers trous est sensiblement le m8me que celui de l'outi? connu permet ensuite pour une vitesse de rotation et une vitesse de pénétre- tion données, de réduire considérablement par rapport à cet outil connu la puissance mise en jeu. En outre, les affûtages n'interviennent plus qu'à des intervalles de temps éloignés par exemple une fois par jour et après le perçage de par exemple plus de 2 000 trous Enfin, la qualité des perçages est d'emblée meilleure qu'avec l'outil connu et reste satisfaisante même après le perçage de plusieurs milliers de trous.L'ensemble de ces avantages se traduit par une augmentation considérable de la cadence moyenne de production de l'emporte-pièce rotatif et par une réduction corrélative du prix de revient de l'opération de perçage. il y a lieu de souligner que l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit en se référant aux figures 3, 3a, 3b et 3c, et que d'autres formes appropriées peuvent être conçues par le spécialiste sans s'écarter des idées de- base de l'invention qui sont, d'une part, d'assurer la lubrification, par le liquide de refroidissement, de l'ensemble des surfaces actives de l'outil, et d'autre part, de donner à l'arête tranchante de l'outil une conformation offrant un angle de coupe favorable.Par exemple, on pourrait concevoir, sans sortir du cadre de l'invention, que le tube 14 soit en fait constitué par deux tubes concentriques dont l'intervalle annulaire serait fermé à l'extrémité inférieure par le tranchant 14a rapporté, tandis que le liquide de refroidissement serait injecté sous pression dans cet intervalle annulaire à la partie supérieure du tube. Dans ce cas, les rainures hélicoidales perforées pourraient, de préférence, être ménagées aussi bien sur la face interne du tube interne que sur la face externe du tube externe et leur sens pourrait avantageusement être contraire à celui prévu dans l'exemple précédemment décrit, de façon que ces rainures héli cotidales perforées provoquent le retour de l'eau de refroidissement et de lubrification vers la partie supérieure du tube. De même l'application de l'invention n'est pas limitée au perçage de trous de grande longueur par rapport à leur diametre dans du caoutchouc faiblement vulcanisé, et l'emportepièce rotatif conforme à l'invention peut être tout aussi bien utilisé d'une part, pour percer des trous de faible longueur, et d'autre part, pour percer des matières offrant une dureté plus élevé que 30 Shores. L'emploi de 11 outil conforme à l'invention sera particulièrement conseillé dans tous les cas où la matière à percer présente une température de ramollissement peu élevée ainsi qu'un caractère abrasif. R E V E N D I C - T I O N S l.- Emporte-pièce rotatif permettant notamment de percer des trous de grande longueur par rapport à leur diamètre, en particulier dans des matières molles et/ou élastiques, telles que du caoutchouc faiblement vulcanisé, emporte-pièce constitué d:une tête cylindrique à section circulaire dont l'extrémité li- bre est susceptible d'être saisie dans un mors d'entrainement et dont l'autre extrémité présente un biseau, un tube cylindrique de section circulaire étant solidaire de cette tête et présentant une échancrure dans la zone de ce biseau, l'extrémité du tube oppose à la tête se terminant par une arête tranchante, emporte-pièce rotatif caractérisé en ce que le tube cylindrique de section circulaire (14) comporte, au moins sur sa face externe, au moins une rainure hélicoïdale (15, 15') dont le fond présente des trous traversants (16) faisant communiquer la face externe du tube avec sa face interne. 2.- Emporte-pièce rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sens de giration de l'hélice en allant vers l'arête tranchante du tube est inverse du sens de rotation de l'emporte-pièce, pour permettre au liquide de refroi dissement injecté contre la paroi externe du tube, d'être pompé en direction de l'arête tranchante du tube. 31- Emporte-pièce rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'arête tranchante (14a) du tube ('14) est ondulée parallèlement à l'axe du tube. 4.- Emporte-pièce rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie d'es trémité, comportant l'arête tranchante (14a) du tube (14) est rapportée sur le reste du tube. 5.- Emporte-pièce rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie d'ex- trémité, comportant l'arête tranchante (14a), du tube (14) est constituée d'un matériau différent de celui constituant le reste du tube. 6.- Emporte-pièce rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie d'ex trémité, comportant l'arête tranchante (14a), du tube (14) est en carbure de tungstène, tandis que le reste du tube est en acier. 7.- Emporte-pièce rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le tube cylindrique à section circulaire (14) est à double paroi pour permettre la circulation du liquide de refroidissement entre ces parois qui sont réunies à leurs extrémités. 8.- Emporte-pièce rotatif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le sens de giration de la rainure hélicot- dale, en allant vers l'extrémité tranchante du tube (14), est le même que le sens de rotation de ltemporte-pièce.