Brevet FR2504038A1 — publié le 19821022

La présente invention concerne le domaine de l'usinage par enlèvement de copeaux ou par coupe et a notamment pour objets un procédé de coupe, par arête à autorotation,de pièces sous forme de corps de révolution, ainsi qu'un outil pour la mise en oeuvre dudit procédé. L'application de l'invention est d'une efficacité maximale dans l'usinage dimensionnel de surfaces cylindriques extérieures et inférieures de grandes dimensions aussi bien que de surfaces de forme compliquée, par tournage, alésage, rabotage, fraisage. En outre, l'invention peut être appliquée à la coupe de matériaux difficilement usinables (alliages réfractaires et au titane, aciers inoxydables, etc.). A l'heure actuelle, on connatt des procédés de coupe, par arête à autorotation, de pièces sous forme de corps de révolution à l'aide d'outils à éléments coupant tournant, ainsi que des outils à autorotation de leur arete coupante montés sur roulements, pour la mise en oeuvre de ces procédés. Dans le procédé connu d'usinage par coupe à l'aide d'un outil à autorotation de son arête coupante, l'outil est animé d'un mouvement d'avance et l'élément coupant exécute un mouvement de rotation pendant la coupe sous l'action des forces de coupe et de frottement de ses surfaces d'attaque et de dépouille contre la pièce à usiner, l'axe de l'élément coupant étant incliné par rapport à l'axe de la pièce. Pendant le fonctionnement de ces outils connus à autorotation de leur arête coupante, la vitesse de rotation de l'élément coupant résultant de l'interaction des surfaces actives de l'élément coupant et de la pièce à usiner s'établit en accord avec l'équilibre des forces, de telle façon que la ligne d'action de la résultante des forces de coupe dans le plan de 11 élément coupant passe près de l'axe (à une certaine distance de celui-ci) de 1 t élément coupant. Cet écart de la ligne d'action de ladite résultante par rapport à l'axe de l'élément coupant engendre un couple moteur qui s'oppose au couple de frottement dans les roulements sur lesquels est monté l'élément coupant. Il est à noter que, pour les outils à autorotation de l'arête coupante pourvus de roulements, cet écart est insignifiant du fait de la faible valeur du couple de frottement dans les roulements. La direction de la vitesse de coupe vraie, c'est-à-dire de la vitesse de déplacement de l'arête de coupe sur la surface à usiner, coïncide avec la direction de la résultante des forces de coupe. De la sorte, quand la coupe est exécutée par un outil à arête coupante autorotative pourvu de roulements, le principe de la coupe est proche de celui de la coupe dite orthogonale, caractérisée par le fait que la coupe s'effectue dans une direction de la vitesse de coupe vraie qui est proche de la normale à l'arête coupante. On sait que la coupe orthogonale,quand la direction de la vitesse de coupe est perpendiculaire à l'arête coupante, est un cas de coupe défavorable . Dans la concep tion des outils pour la coupe des métaux, on cherche à exploiter le principe de la coupe oblique, qui est plus efficace que la coupe orthogonale. Etant donné que, dans la coupe oblique, le vecteur vitesse de coupe est dirigé sous un angle aigu par rapport à l t arête coupante, il se produit ce que l'on appelle un "effilement cinématique de l'arête coupante, c'est-à-dire que l'outil coupant devient plus tranchant que si ce même outil avait été utilisé pour la coupe orthogonale.Plus l'angle dont le vecteur vitesse de coupe s'écarte de la normale à l'arête coupante est grand, plus l'angle de coupe diminue, plus l'arête de coupe devient,en quelque sorte, vive7 eut plus la coupe s'effectue facilement La mise en oeuvre de la coupe oblique facilite particulièrement l'usinage des matériaux résistants et tenaces, tels que les métaux et leurs alliages, gracie à la diminution de la force de coupe et, principalement, de sa composante radiale. Dans la coupe obliquel le matériau subit une déformation plastique moindre, se transforme plus facilement en copeaux, le copeau se déforme moins et se dégage plus facilement de la surface d'attaque de l'outil.La déformation plastique atteint une profondeur moindre dans la zone au-dessous de l'outil. Gracie aux efforts de coupe plus faibles, au moindre degré de déformation de la couche en cours de coupe et à son enlèvement plus facile de la surface d'attaque de l'outil, l'état de surface obtenu est meilleur.Gr#ce à la diminution de la composante radiale de la force de coupe, la précision de l'usinage s'accroit, les vibrations diminuent dans le système machine-montage-outil-pièce, la tenue de l'outil augmente.Dans le cas de la coupe oblique, il n'y a pas de chocs brusques lors de l'engagement et du dégagement de l'outil, et ce, grace à la pénétration progressive de l'arête coupante dans le matériau à usiner et à son dégagemment doux, ce qui est important, par exemple, dans l'usinage des surfaces présentant des solutions de continuité. De la sorte, la coupe oblique présente de nombreux avantages importants comparativement à la coupe orthogonale. Toutefois, les outils à autorotation de leur arête coupante, dans lesquels le mouvement de rotation de l'élément coupant lui est imprimé par la pièce en rotation, opèrent, comme on l'a montré plus haut, dans des conditiors proches de celles de la coupe orthogonale. On s'est dont proposé de créer un procédé de coupe par arête à autorotation et un outil pour mettre en oeuvre ce procédé, qui permettraient, en changeant la vitesse de rotation de l'élément coupant pendant la coupe, de réaliser une coupe oblique assurant une haute qualité de la surface usinée de la pièce. La solution consiste en un procédé de coupe, par arête à autorotation, de pièces en forme de corps de révolution, à l'aide d'un outil dont l'élément coupant est animé d'un mouvement de rotation par la pièce en rotation lors de leur interaction pendant la coupe, caractérisé, d'après l'invention, en ce que la vitesse de rotation de l'élément coupant est diminuée, pendant la coupe, par rapport à celle imprimée audit élément par la rotation de la pièce. La diminution de la vitesse de rotation de l'élément coupant par rapport à celle imprimée par la rotation de la pièce pendant la coupe, assure le passage à la coupe oblique par arête à autorotation. Le plus avantageux est de diminuer la vitesse de rotation de l'élément coupant dans une proportion de 10 à 70 %. En effet, quand la vitesse de rotation de l'élément coupant de l'outil à autorotation de son arête coupante est diminuée de moins de 10 % par rapport à celle imprimée par la rotation de la pièce pendant la coupe, l'effet de freinage est insignifiant, tandis qu 'une diminution de la vitesse de rotation de l'élément coupant de plus de 70 % est irrationnelle, car elle entratne un fort abaissement de la tenue de L'outil à autorotation. De la sorte, la plage optimale d'abaissement de la vitesse de rotation de l'élément coupant des outils à autorotation est de 10 à 70 ,'. La soltuion au problème exposé plus haut consiste aussi en un outil à autorotation, dans le bottier duquel est montée une broche portant un élément coupant, et dans lequel, d'après l'invention, la broche est dotée d'un dispositif diminuant la vitesse de rotation de l'élément coupant pendant la coupe. Il est avantageux de réaliser le dispositif diminuant la vitesse de rotation de l'élément coupant sous la forme d'un couple de friction à plateaux, l'un desdits plateaux étant monté sur la broche tournante de l'outil et le second plateau étant rigidement fixé dans le bottier de l'outil. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références au dessin unique annexé représentant une vue en coupe longitudinale de l'outil à autorotation conforme à l'invention. Le procédé de coupe, par arête à autorotation, de pièces en forme de corps de révolution, conforme à l'invention, est mis en oeuvre à l'aide d'un outil dont l'élément coupant est animé d'un mouvement de rotation par la pièce à usiner lors de leur interaction pendant la coupe. D'après l'invention, la vitesse de rotation de l'élément coupant pendant la coupe est diminuée par rapport à celle qui lui est imprimée par la rotation de la pièce pendant leur interaction. L'outil exécutant la coupe, par arête à autorotation, de pièces en forme de corps de révolution comprend un bottier 1 dans lequel, à l'aide de roulements 2 et de paliers de butée3 à billes, est montée une broche 4 portant un élément coupant 5 fixé rigidement à ladite broche. Pour le serrage de la broche 4 dans le bottier I, sont prévus des écrous 6 et 7. Le bottier 1 est fermé par un chapeau 8, à l'aide de vis 9. D'après l'invention, pour changer la vitesse de rotation de l'élément coupant 5, il est prévu un dispositif abaissant la vitesse de rotation de cet élément pendant la coupe. Ce dispositif est constitué par un couple de friction à plateaux, comprenant un plateau tournant 10 monté sur la broche 4, et un plateau Il fixé dans le chapeau 8 du bottier 1.Le plateau Il est serré contre le plateau 10 à l'aide d'une vis réglable de pression 12. Pour bloquer la vis 12 dans la position ch Xegl est prévu un contre-écrou 13. Entre les bagues intérieures des roulements 2 il y a une douille entretoise ou d'écartement 14. Gr ce à une telle conception de l'outil, le mouvement de rotation de l'élément coupant 5 est transmis par la broche 4 au couple de friction 10, Il et est freiné par ce couple grâce à la vis de pression 12 qui y engendre un couple de frottement de freinage. Il s'ensuit un abaissement de la vitesse de rotation de l'élément coupant 5 et, par conséquent, le passage de la coupe presque orthogonale à la coupe oblique, avec de grands angles d'obliquité de l'arête coupante. On choisit empiriquement un couple de freinage de valeur telle qu'il abaisse dans une proportion de 10 à 70 % la vitesse de rotation de l'élément coupant 5 comparativement à celle qui lui est communiquée par la rotation de la pièce. Le faible encombrement de l'outil à autorotation avec son dispositif de freinage permet de l'utiliser aussi bien sur les tours que sur les aléseuses pour l'usinage d'ouvertures ainsi que pour en équiper les fraises en bout destinées à l'usinage de surfaces planes. L'outil à autorotation pourvu du dispositif diminuant la vitesse de rotation de l'élément coupant est caractérisé par le changement ininterrompu de la partie active de son arête coupante, par la grande longueur de celle-ci, par le refroidissement de laditeaStecoqrte pendant sa course à vide, par les faibles contraintes thermiques auxquelles donne lieu la coupe, par la répartition uniforme de l'usure sur toute la longueur de l'arête coupante, par la tenue et la stabilité dimensionnelle élevées de l'outil, par la possiblité d'utiliser des vitesses de coupe élevées, par la haute qualité des surfaces usinées (haute classe de rugosité, sommets arrondis des microaspérités, absence de pilosité de la surface et de traînage lors de l'usinage de matériaux stratifiés, diminution de la fissuration de la surface, etc.). Le procédé proposé de coupe par arête à autorotation pour l'usinage de pièces en forme de corps de révolution et l'outil pour sa mise en oeuvre présentent, comparativement aux outils à autorotation ordinaires dans lesquels l'autorotation de l'élément coupant est libre, des avantages importants résultant de la coupe oblique, tels que la diminution de la composante raidiale de l'effort de coupe. Il s'ensuit une amélioration notable de la qualité de la surface usinée. Les études effectuées à l'institut physicotechnique de l'Académie des Sciences de Biélorussie en ce qui concerne la coupe par arête à autorotation avec diminution dans une proportion de 10 à 70 % de la vitesse de rotation de l'élément coupant par freinage à l'aide d'un couple de friction, comparativement à la vitesse de rotation obtenue sous l'action de la pièce en rotation, ont donné les résultats groupés dans le tableau ci-après. Tableau Paramètres du processus de coupe par arête à autoro tation et de la qualité de la surface usinée par outil à autorotation libre, d'une part, et à autorotation freinée dans une proportion de 10 %, de 40 46 et de 70 96 respec tivement, d'autre part NO Paramètres Usinage Usinage par outil à d'ordre de qualité par outil autorotation freinée de la sur- à autoro- à 10% à 40% à 709Q face usinée tation libre 1. Hauteur des micro-aspé- 7 6,5 5,4 4,5 rités, Rz, z Ondulation Ho, 7 m 8,3 8 7,6 7,2 Bien entendu, l'invention n'est nullement limite aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de laprotection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1. Procédé de coupe, par arête à autorotation, de pièces notamment en forme de corps de révolution, à l'aide d'un outil dont l'élément coupant est animé d'un mouvement de rotation par la pièce à usiner en rotation lors de leur interaction pendant la coupe, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de l'élément coupant est diminuée, pendant la coupe, en comparaison de la vitesse de rotation qui lui est imprimée par la pièce à usiner. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de l'élément coupant est diminuée dans une proportion de 10 à 70 %. 3. Outil à autorotation pour la mise en oeuvre du procédé faisant l'obJet de l'une des revendications 1 et 2 du type comportant un bottier (i) dans lequel est iioet# unebroche (4) portant un élément coupant (5), caractérisé en ce que sur ladite broche est monté un dispositif(10-13) diminuant la vitesse de rotation de l'élément coupant (5). 4. Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif diminuant la vitesse de rotation de l'élément coupant est un couple de friction à plateaux, l'un (10) desdits plateaux étant monté sur la broche tournante (4) de l'outilsset et le second plateau (îi) étant rigidement fixé dans le bottier (1) de l'outil. 5. Pièces ou produits caractérisés en ce qu'ils sont usinés conformément au procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 et 2.