Brevet FR2490520A1 — publié le 19820326

La présente invention concerne une fraise rainurée annulaire en bout pour découper des trous dans des pièces métalliques. Les fraises rainurées annulaires,présentant des dents formant des arêtes de coupe interne et externe espacées radialement,sont très efficaces pour percer des trous dans des pièces métalliques. Une telle fraise est décrite-dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO Re 28 416. L'expérience a montré que les fraises annulaires rainurées de ce type général peuvent être très efficaces pour découper des trous dans du métal jusqu'à une profondeur d'environ 25 mm. Lors- qu'il faut découper des trous d'une profondeur supérieure à mm, l'efficacité d'une telle fraise diminue fréquemment de façon sensible, une rupture de la fraise peut parfois se produire et le fini du trou percé tend à être de moins bonne qualité. Dans des pièces en acier ou autre métal, ces diffi- cultés se manifestent dans le cas de trous relativement pro- fonds du fait que les rainures de la fraise sont remplies de copeaux au point d'être bloquées. Bien que ces difficultés puissent être réduites dans une certaine mesure en donnant aux gorges une plus grande largeur ou profondeur pour conte- nir une plus-grande masse de copeaux, l'agrandissement des rainures ne constitue pas une solution parfaite à ce problème. Lorsque les rainures sont agrandies, la fraise devient norma- lement plus faible et le nombre des dents de coupe est réduit, en augmentant ainsi la charge imposée à chaque dent. L'invention a principalement pour objet une fraise annulaire rainurée qui convient parfaitement pour percer d'une façon très efficace des trous relativement profonds dans du métal et qui peut être réalisée d'une façon économique; les difficultés susmentionnées sont surmontées en raccourcis- sant toutes les lames, ou au moins une lame sur deux, de la fraise. Plus spécialement, la fraise de la présente inven- tion présente un corps en forme de cuvette renversée compor- tant des dents espacées circonférentiellement autour de son extrémité inférieure. La largeur des copeaux taillés est minimisée en donnant aux dents de coupe une forme telle 2 2490520 qu'elles définissent des arêtes de coupe radialement interne et externe, chacune d'elles étant destinée à tailler un copeau individuel d'une largeur sensiblement inférieure à l'épaisseur de la paroi de la fraise. Les copeaux taillés par les arêtes externes sont dirigés de bas en haut dans les rainures hélicoïdales autour de la périphérie de la fraise et les copeaux taillés par les arêtes internes sont dirigés de bas en haut et vers l'extérieur dans les gorges de la fraise par des creux ménagés à proximité des arêtes internes de coupe. Au moins une gorge sur deux se termine par son extrémité supérieure dans un plan situé très au-des- sous de l'extrémité supérieure de la paroi latérale de la fraise. Chacune des arêtes de coupe taille un copeau géné- ralement continu qui est.soutenu circonférentiellement et dirigé de bas en haut dans la gorge par le côté menant de la lame adjacente. Toutefois, lorsque les copeaux générale- ment continus,qui sont mis en rotation et dirigés de bas en haut par les lames,s'avancent jusqu'au-dessus des extrémités supérieures de ces dernières, ils ne sont alors plus suppor- tés dans le sens circonférentiel pendant qu'ils tournent encore avec la fraise. Le contact de frottement entre ces copeaux,qui ne sont plus supportés,et la paroi latérale du trou qui est percé dans la pièce, provoque leur cassure en de petits fragments qui sont très facilement déplacés de bas en haut dans l'espace compris entre la paroi latérale de la fraise et la paroi du trou par les copeaux qui sont progres- sivement taillés au-dessous d'eux. Une fraise très efficace selon la présente inven- tion est conçue de manière que les copeaux soient relative- ment rigides et donc facilement cassables et que les creux et rainures soient dimensionnés de façon que lesdits copeaux restent relativement droits lorsqu'ils sont dirigés vers le haut dans les gorges, au lieu de prendre une configuration torsadée sous la forme de spirales généralement plates qui tendent fréquemment à se tasser dans une gorge. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatif et sur- lequel: la figure 1 est une vue en élévation d'une fraise selon la présente invention; la figure 2 est une vue en bout de la fraise de la figure 1; la figure 3 est une coupe fragmentaire verticale montrant la fraise au fur et à mesure qu'elle avance à tra- vers une pièce métallique, et la figure 4 représente une variante d'une fraise selon l'invention. La fraise représentée sur les figures 1 à 3, qui est désignée d'une façon générale par 10, présente une paroi latérale annulaire 12 qui est reliée par son extrémité supé- rieure à une queue 14. Cette dernière peut comporter un canal 15 réservé à un fluide de refroidissement. Comme le montre la figure 3, la hauteur de la paroi 12 détermine la profondeur maximale du trou que la fraise est destinée à percer. L'extrémité inférieure de la paroi latérale 12 pré- sente plusieurs dents 16 espacées circonférentiellement. Dans la fraise illustrée, chaque dent 16 présente des arêtes de coupe interne 18, externe 20 et intermédiaire 22 dans le sens radial. L'arête de coupe 18 est placée à l'extrémité inférieure du bord de fuite d'un creux primaire 24. L'arête de coupe 22 se trouve à l'extrémité inférieure du bord de fuite d'un creux secondaire 26. L'arête de coupe 20 se trouve à l'extrémité inférieure du bord d'attaque d'une lame 28. Les lames successives 28 sont espacées circonférentiellement autour de la périphérie de la fraise de manière à délimiter des gorges hélicoïdales 30 entre elles. Chaque lame 28 présente à sa périphérie une partie principale étroite 32 et une partie large 34 en retrait. Cette configuration par- ticulière des lames est classique et diminue la traînée de frottement entre la fraise et la paroi du trou à percer. Comme on le voit en particulier sur les figures 2 et 3, les creux 24,26 sont ménagés dans l'âme 36 de la paroi latérale 12. Le creux 24 est verticalement un peu plus court que le creux 26 et son extrémité supérieure est incli- née radialement vers l'extérieur et vers le haut dans le creux 26. L'extrémité supérieure du creux 26 est également inclinée radialement vers l'extérieur et vers le haut dans la rainure adjacente 30. Les arêtes de coupe 18, 22, 20 sont circonférentiellement décalées progressivement dans une direction opposée au sens de rotation de la fraise. La face inférieure de chaque dent est meulée de façon à.présenter - des faces en dépouille ou détalonnées 40,42 inclinées dans des sens opposés qui forment à leur intersection une crête 44. En raison de l'inclinaison des faces détalonnées 40,42, les arêtes de coupe 18,22,20 sont inclinées axialementcomme re- présenté sur la figure 3. La fraise, telle qu'on l'-a décrite jusqu'ici, est généralement analogue à celle décrite dans la demande de brevet français n0 81.09 946.déposée le 19 mai 1981 au nom du même Demandeur. Cependant, elle diffère de la fraise décrite dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique nORe 28 416 précité principalement par le fait que l'âme 36 de la fraise présente deux arêtes de coupe 18,22 au lieu d'une seule arête. La fraise de la présente invention diffère des frai- ses précédemment décrites principalement par la longueur ver- ticale des lames ou cordons 28 qui délimitent les rainures 30. Comme on le voit sur les figures 1 et 3, la paroi latérale de la fraise se prolonge vers le haut jusqu'à la section annu- laire désignée par 45. Toutefois, les lames 28 se terminent à leurs extrémités supérieures 46 à une certaine distance au-dessous de la section annulaire 45 au lieu de couvrir toute la hauteur de la paroi latérale 12. Les rainures raccourcies 25. 30,qui sont donc délimitées par les lames 28,justifient le meilleur comportement de la fraise lorsqu'on l'utilise pour percer des trous relativement profonds, c'est-à-dire des trous traversant de part en part des pièces métalliques ayant une épaisseur supérieure à environ 25 mm. C'est la figure 3 qui l'illustre le mieux. Chacune des arêtes de coupe 18,20,22 taille des copeaux individuels de longueur généralement con- tinue. Le copeau taillé par l'arête 18 est dirigé vers l'ex- térieur et vers le haut par le creux 24 dans la rainure 30. Le copeau taillé par l'arête 22 est dirigé vers le haut et vers l'extérieur dans la rainure 30 par le creux 26; et le copeau taillé par l'arête 20 est dirigé vers le haut dans la rainure 30. Les trois copeaux sont dirigés vers le haut dans la rainu- re 30 d'une façon plus ou moins continue par le bord d'attaque de la lame adjacente 28. Ainsi, à mesure que les copeaux sont taillés, ils tournent avec la fraise et sont soutenus circon- férentiellement et dirigés vers le haut dans la rainure par le bord d'attaque de la lame adjacente. Cependant, lorsqu'un copeau généralement continu s'avance de bas en haut au-delà de l'extrémité supérieure 46 d'une lame 28, il n'est plus soutenu par ladite lame et est en contact de frottement avec la paroi latérale 28 du trou qui est percé dans la pièce. La rotation continue de la fraise associée à la traînée de frot- tement entre les copeaux et la paroi 28 du trou en cours de perçage provoque la cassure du copeau en de petits fragments au fur et à mesure qu'il s'élève au-delà de l'extrémité supé- rieure 46 des lames 28. Les petits copeaux fragmentés sont facilement déplacés vers le haut dans l'espace compris entre la paroi 48 du trou en cours de perçage et la surface péri- phérique de l'âme 36 par les copeaux continus qui se dépla- cent progressivement vers le haut au-dessous d'eux et qui sont taillés par les arêtes 18,22,20. Ainsi, un blocage des rainures 30 ne peut pas intervenir et le débit constant des copeaux fragmentés vers la face supérieure de la pièce W est assuré. La fraise représentée sur la figure 4 diffère de celle illustrée sur les figures 1 à 3 par le fait qu'elle est destinée à percer un trou beaucoup plus profond. Ainsi, la paroi latérale 12a a une longueur sensiblement plus grande que la paroi latérale 12. Dans un trou très profond, il est souhaitable que certains des cordons ou lames couvrent toute la hauteur de la paroi latérale de la fraise. Ainsi, les cordons 28 se terminent en 46 à proximité de l'extrémité inférieure de la paroi latérale 12a, tandis que les cordons 28a se prolongent sur toute la longueur de cette paroi laté- rale 12a. Les cordons courts 28 favorisent la cassure des copeaux en de petits fragments comme expliqué plus haut. Dans la disposition représentée sur la figure 4, les cordons 28a sont intercalés entre les cordons ou lames 28. En d'au- tres termes, un cordon sur deux présente une courte longueur dans le sens vertical. Les cordons verticalement continus 28a facilitent l'élévation des copeaux fragmentés jusqu'à l'extrémité supérieure du trou en cours de perçage et n'ont pas tendance à obturer les rainures, car les parties de ces dernières situées au-dessus des extrémités supérieure 46 des cordons 28 sont relativement larges et présentent une section suffisamment grande pour contenir les copeaux. Avec les fraises du type décrit, il est souhaitable d'obtenir un certain dégagement entre la périphérie de la fraise et la paroi latérale du trou en cours de perçage, ainsi qu'entre la face interne de la paroi latérale de la fraise et la surface périphérique du bouchon central S formé par la fraise. Le dégagement autour de la périphérie de la fraise est obtenu normalement en meulant les cordons à l'extrémité inférieure de la fraise de manière à les incliner légèrement vers l'intérieur et vers le haut sur environ 9,5 mm. Le dégagement entre la fraise et le bouchon central S peut être obtenu en meulant la face interne de la fraise à son extré- mité inférieure de manière à l'incliner légèrement vers l'ex- térie r et vers le haut sur environ 9,5 mm. Si on le désire, ce dégagement peut être aussi amélioré sans affaiblir la paroi latérale de la fraise en meulant la face int'erne de la paroi latérale d'une façon légèrement excentrique par rapport à sa périphérie. Ainsi, comme représenté sur la figure 2, la périphérie de la paroi latérale est meulée concentriquement à l'axe central A1 de la fraise, tandis que la face interne de la paroi latérale est meulée concentriquement à l'axe A2 qui est légèrement décalé par rapport à l'axe A1. Par rapport aux fraises annulaires destinées à percer des trous dans l'acier doux, le métal qui est. le plus fréquemment rencontré, le Demandeur a constaté que la coupe et l'éjection des copeaux sont les plus efficaces lorsque certains paramètres dimensionnels sont maintenus dans les gammes définies dans le présent mémoire. Par exemple, un copeau rigide facilement cassable (à la distinction d'un copeau flexible élastique) est obtenu lorsque l'angle de dégagement avant des arêtes de coupe 18,20,22 est maintenu égal ou inférieur à 200 environ. De tels copeaux ont tendance à se briser très facilement s'ils sont écrouis. Les copeaux, qui tendent à s'enrouler lorsqu'ils sont taillés, sont facilement écrouis s'ils sont maintenus à l'état relativement droit au lieu de leur permettre de prendre une configuration enroulée aplatie. La largeur définitive du creux 26 et de la rainure 30 est fonction de la largeur circonférentielle du creux 24. Lorsque la largeur de ce dernier est comprise entre 0,76 et 2,29 mm et que l'arête de coupe 22 est décalée cir- conférentiellement par rapport à l'arête de coupe 18 de 0,76 à 2,29 mm,la rainure 30 peut avoir une largeur circonféren- tielle égale à la largeur du creux 26 plus 0,635 à 1,52 mm. Dans les gammes de dimensions données ci-dessus, le pas des dents peut avoir une dimension aussi faible que 6,35 mm, de telle sorte qu'une fraise ayant un diamètre de 19,05 mm pré- sente huit dents environ. Toutefois, il est évident que la tendance à l'obstruc- tion des rainures étroites est plus grande que celle des rainu- res plus larges. Ainsi, lorsque les rainures sont relativement étroites, elles doivent être relativement courtes dans le sens vertical et de préférence ne doivent pas dépasser une hauteur d'environ 12,7 mm. En pratique, les rainures doivent avoir au moins une hauteur de 9,5 mm environ pour obtenir l'effet de guidage nécessaire des cordons dans le trou en cours de per- çage et aussi à cause du cône extérieur de dégagement meulé aux extrémités inférieures des cordons. Cette longueur maxi- male des rainures écourtées est déterminée de façon que les copeaux se cassent en de petits fragments avant qu'une rai- nure soit obturée. Cette longueur maximale des rainures écourtées varie avec différentes fraises ayant des longueurs différentes. En tout cas, les extrémités supérieures des cordons écourtés doivent se situer au moins à environ 12,7 mm au-dessous de l'extrémité supérieure de la paroi latérale de la fraise de façon que les copeaux aient suffisamment de place pour se casser en de petits fragments avant que la fraise ait atteint sa profondeur maximale. Cela empêche une accumulation des copeaux contre l'extrémité inférieure du collet ou mandrin qui supporte l'outil. Il est évident qu'en donnant aux rainures une hauteur sensiblement plus faible que celle de la paroi latérale de la fraise, non seulement l'éjection des copeaux est améliorée, mais on en tire également profit du point de vue économique. Le meulage des rainures autour de la périphérie d'une fraise constitue une opération relativement coteuse. En conséquence, la diminution de la longueur des rainures se traduit par une réduction des frais de fabrication de la fraise. REVENDICATIONS 1. Fraise annulaire en bout destinée à découper des trous dans des pièces métalliques, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps en forme de cuvette inversée pré- sentant une paroi latérale (12) généralement cylindrique autour de l'extrémité inférieure de laquelle se trouvent des dents (16) espacées circonférentiellement, ladite paroi laté- rale (12) présentant des lames ou cordons hélicoïdaux (28) espacés uniformément autour de la circonférence,qui se pro- longent vers le haut à partir des dents (16) et délimitent entre eux plusieurs rainures hélicoïdales (30) se prolon- geant vers le haut, la face radialement interne de chaque rainure coopérant avec la face interne de la paroi latérale (12) pour définir entre elles une âme (36) s'étendant cir- conférentiellement entre les dents successives (16), ces dents formant une série d'arêtes internes de coupe (18) s'étendant radialement, et une série d'arêtes externes de coupe (20) s'étendant aussi radialement, les arêtes internes de coupe (18) étant circonférentiellement décalées entre les arêtes externes de coupe (20), lesdites arêtes internes (18) étant formées sur l'âme (36) et les arêtes externes (20) constituant au moins en partie les extrémités inférieu- res des bords d'attaque des cordons (28), ladite âme pré- sentant des creux (24,26) qui se prolongent vers le haut à partir de chaque arête interne de coupe (18), les extrémi- tés supérieures des creux (24,26) étant inclinées radiale- ment vers l'extérieur et vers le haut de manière à déboucher dans la rainure radialement adjacente (30), lesdits cordons (28) se prolongeant vers le haut sensiblement au-delà des extrémités supérieures des creux (24,26), au moins un cordon sur deux se terminant par son extrémité supérieure (46) dans un plan situé sensiblement au-dessous de l'extrémité supé- rieure de la paroi latérale (12),de façon que la fraise (10) puisse percer à une profondeur sensiblement supérieure à la hauteur des cordons courts (28) afin que, lorsque la fraise est mise en rotation et est avancée dans une pièce (W) pour pénétrer dans cette dernière à une profondeur supérieure à la hauteur des cordons courts (28), chacune des arêtes de 2490520 coupe (18,20,22) taille un copeau individuel généralement continu qui est soutenu circonférentiellement et dirigé vers le haut sur un trajet hélicoidal par le cordon (28) de la rainure adjacente (30) et, lorsque le copeau généralement continu s'élève au-delà des extrémités supérieures (46) des cordons courts (28), il n'est plus supporté circonférentiel- lement,il entre en contact de frottement avec la paroi latérale (48) du trou en cours de perçage et a tendance à se briser en de petits fragments qui sont soulevés davantage et hors du trou en cours de perçage par les copeaux qui s'élèvent au-dessous d'eux. 2. Fraise annulaire selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la paroi latérale (12) a une longueur d'au moins 25 mm environ. 3. Fraise annulaire selon la revendication 2, carac- térisée en ce que les cordons courts (28) se terminent au moins à une distance d'environ 12,7 mm au-dessous de l'extré- mité supérieure de la paroi latérale (12). 4. Fraise annulaire selon la revendication 3, carac- térisée en ce que les cordons courts (28) se prolongent vers le haut à partir des dents (16) au moins sur une distance comprise entre environ 6,35 et 12,7 mm. 5. Fraise annulaire selon la revendication 2, carac- térisée en ce que tous les cordons (28) se terminent dans un plan situé au-dessous de l'extrémité supérieure de la paroi latérale (12). 6. Fraise annulaire selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les creux (24) présentent une dimension cir- conférentielle comprise entre environ 0,76 et 2,29 mm. 7. Fraise annulaire selon la revendication 6, carac- térisée en ce que l'angle de dégagement des arêtes de coupe (18,20,22) ne dépasse pas 200 environ. 8. Fraise annulaire selon la revendication 4, carac- térisée en ce que les creux (24) présentent une largeur cir- conférentielle comprise entre environ 0,76 et 2,29 mm et en ce que les rainures (30) présentent une largeur circonféren- tielle égale à la largeur des creux plus environ 0,635 à 1,52 mm. il 2490520 9. Fraise annulaire selon la revendication 8, carac- térisée en ce que le pas des dents successives (16) n'est pas supérieur à 6,35 mm environ.