Brevet FR2514676A1 — publié le 19830422

La présente invention concerne un mandrin des- tiné à être entratné en rotation autour de son axe onaitu- dinal, à des vitesses élevées, afin qu'il forme un trou entouré par une collerette dans une feuille métallique ou une paroi de tube exclusivement sous l'action d'une pression et de chaleur due au frottement, le mandrin comprenant une tige cylindrique destinée à être montée dans un mandrin d'entraînement en rotation, un épaulement et une partie de travail contiguë à l'épaulement et ayant une largeur qui détermine le diamètre du trou, cette partie de travail ayant une partie qui a une largeur qui diminue du côté de l'extrémité opposée à la tige cylindrique. Des outils de ce type, formant des outils de perçage par refoulement, sont déjà connus, comme décrit dans le brevet allemand N O 2 359 794 Dans l'outil connu de perçage par refoulement, en plus de la tige destinée -à être serrée par un mandrin d'outil d'entraînement en ro- tation, l'épaulement a aussi une forme cylindrique alors que la partie de travail contiguë à la collerette a une section sensiblement triangulaire avec des coins arrondis. Le brevet allemand N O 2 552 665 décrit un outil analogue de perçage par refoulement Dans cet outil, la configuration générale triangulaire a été abandonnée et la circonférence de la partie de travail est déterminée, en coupe, par des arcs ayant des rayons de courbure dif- férents, ces arcs se raccordant les uns aux autres. On fabrique les outils de perçage par refou- lement du type précité en carbure fritté, dont l'usinage est extrêmement difficile, et la configuration relativement élaborée ne peut être obtenue que par rectification, l partir d'une tige cylindrique La fabrication des outils de per- çage par refoulement ayant pratiquement la même forme né- cessite une grande expérience et l'opération de rectifica- tion est en outre coûteuse. L'invention concerne un outil de perçage par refoulement du type précité qui est beaucoup simple et de fabrication beaucoup moins coûteuse que les outils corres- 251467 f pondants connus A cet effet, l'outil de perçage par re- foulement selon l'invention se caractérise en ce que l'épaulement et la partie de travail du mandrin sont dé- limités par deux surfaces planes parallèles, l'épaisseur de la partie de travail étant au maximum égale à la moi- tié de la plus grande largeur de la partie de travail, les autres surfaces délimitant la partie de travail étant arrondies, leur rayon de courbure étant inférieur à la moitié de la largeur de la partie de travail. L'épaisseur de la partie de travail est de pré- férence inférieure ou égale au tiers de sa plus grande largeur. On a supposé jusqu'à présent que l'outil de perçage par refoulement devait avoir une forme assurant un centrage automatique, c'est-à-dire devait comporter au moins trois arêtes au contact de la paroi du trou à percer si bien que la forme générale du mandrin, en coupe, devait être triangulaire On constate de façon surprenante que les difficultés supposées de centrage n'apparaissent pas dans le cas d'un mandrin de forme plate Ainsi, lors de la fabrication d'outils de perçage par refoulement, on peut utiliser une plaque d'une matière à base de carbure fritté, seuls les côtés et le bord inférieur du mandrin doivent être rectifiés car ces parties doivent être ar- rondies à la forme voulue La réduction des coûts de ma- tière et d'usinage est très importante L'économie résul- tante de coût est d'au moins 30 % Un mandrin plat peut alors être fixé d'une manière convenable dans une tige cylindrique afin que l'outil puisse être serré par le man- drn de serrage d'un outil d'entraînement en rotation. Les outils de perçage par refoulement ayant des surfaces latérales plates sont déjà connus comme dé- crit dans le brevet français N O 1 189 384, mais ces outils de perçage ne forment pas un collier La partie de travail de ce mandrin connu a une section de configuration carrée, la diagonale étant égale au diamètre du trou à percer, les quatre bords de l'outil étant au contact de la paroi du trou à 251467 g percer si bien qu'il ne s'agit pas d'un mandrin plat du type selon l'invention. Les avantages obtenus avec l'outilplat de per- çage par refoulement peuvent être considérablement augmen- tés par réalisation du mandrin en deux matières différentes. Le bord inférieur de l'épaulement et les côtés de la par- tie de travail du mandrin sont de préférence formés dans ce cas de bandes de carbure fritté fixées à un corps en T formé d'une matière différente Les bandes marginales de carbure fritté peuvent être raccordées aux faces plates du corps de mandrin en T par exemple par soudage avec arpert, et elles peuvent aussi être raccordées aux côtés et au bord inférieur du corps du mandrin formés d'une matière différente, par un adhésif. Les bandes de carbure des côtés du corps du mandrin peuvent aussi être formées par dépôt en phase vapeur Dans ce cas, non seulement les côtés du corps du mandrin mais encore l'ensemble de la surface de celui- ci reçoivent un revêtement de carbure. Lorsque les trous doivent avoir un diamètre important, par exemple supérieur à 15 mm, il peut être nécessaire que l'épaulement et la partie de travail du mandrin soient formés de trois organes raccordés, disposés radialement et ayant chacun la forme d'un corps de man- drin en T séparé suivant l'axe central, afin que la rigi- dité soit accrue, des bandes marginales de carbure fritté étant fixées aux côtés et au bord inférieur. L'outil plat de perçage par refoulement peut comporter, à la place d'un épaulement, des cannelures de même largeur que la partie de mandrin qui leur ait conti- guë Un tel mandrin permet le perçage du trou et la for- mation d'un taraudage en une seule opération. D'autres caractéristique et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'exemples de réalisation et en se réfé- rant au dessin annexé sur lequel: la figure 1 représente un outil plat de perçage par refoulement selon l'invention; la figure 2 est une coupe suivant la ligne Il- II de la figure 1; les figures 3 et 4 sont des coupes analogues à la figure 2 de variantes dans lesquelles les bandes mtar- ginales sont fixées au corps du mandrin d'une manière di - férente; la figure 5 est une coupe analogue à la figure 2 d'un corps de mandrin ayant un revêtement de carbure formé par dépôt en phase vapeur; la figure 6 est une perspective d'un mandrin en forme d'étoile selon l'invention; la figure 7 est une coupe suivant la ligne VII- VII de la figure 6; et la figure 8 représente un outil de perçage par refoulement qui convient-aussi à la formation d'un tarau- dage. La figure 1 représente un mandrin ou outil 1 de perçage par refoulement qui comporte une tige cylindrique 2 à laquelle a été fixé un corps 3 de mandrin en T Ce corps 3 a un épaulement large 4 et une partie de travail contiguë à l'épaulement et dont l'extrémité inférieure 6 a une configuration pointue Le corps 3, mise à part la tige 2, peut être formé d'un carbure métallique La figure 1 représente un mode de réalisation avantageux dans lequel le corps 3 est formé d'une matière qui doit seu- lement être suffisamment rigide alors que le bord inférieur de l'épaulement 4 a des bandes 8 de carbure et les côtés du corps 3 ont aussi des bandes 7 de carbure Ces bandes 7 doivent être repliées à peu près en leur milieu afin qu'elles suiventle bord incliné du corps 3 Les bandes 7 peuvent être réalisées afin qu'elles correspondent à un corps 3 de la forme représentée Lorsque les bandes 7 et 8 ont été appliquées aux côtés et au bord inférieur du corps du mandrin, elles peuvent être arrondies à la forme voulue par rectification. Les bandes 7 et 8 de carbure peuvent être fixées aux côtés et au bord inférieur du corps 3 par un adhésif. Sur la figure 2, une couche d'adhésif placée entre la bande de carbure et la partie 5 de travail du corps est repérée par la référence 12. Les bandes 7 de carbure peuvent aussi être rac- cordées à la partie de travail 5 du corps d'une autre ma- nière comme indiqué sur la figure 3 Dans ce mode de réali- sation, les bandes plates 7 ' de carbure sont soudées avec apport sur les faces latérales du corps, le procédé de soudage utilisé étant d'un type tel que la soudure formée résiste à des températures élevées. La figure 4 représente un autre mode de réali- sation de raccordement de bandes 7 ' de carbure à la partie ' de travail du corps Les côtés de cette partie 5 ' ont des extrémités fourchues dans lesquelles sont fixées des bandes 7 '. Les outils précités de perçage par refoulement conviennent tous à la formation de trous ayant jusqu'à mm environ (dans des matières dont la résistance à la traction peut atteindre 1,2 10 Pa) Dans le cas de dia- mètres importants ou d'une matière très dure, l'outil de perçage doit avoir une rigidité plus élevée Cette rigidité accrue peut être obtenue par raccordement de parties 10 du corps en forme de demi T sur les côtés de la manière décrite précédemment. Il faut noter que la bande de carbure placée au bord inférieur de l'épaulement 4 peut être formée de manière que la collerette à réaliser autour du trou perce ait une cavité comme décrit dans le brevet allemand no 2 802 229. Les bandes 7, 8 de carbure, réalisées préala- blement et fixées sur un corps de mandrin formé d'une ma- tière différente comme représenté sur les figure 1 à 4 peuvent être remplacées par dépôt de carbure en phase vapeur sur un support 5 " (voir figure 5) par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur Le support 511 est re- vêtu sur toute sa surface d'une couche de carbures 11, seuls les côtés actifs devant être rectifiés afin que l'ou- til ait la forme convenable. on utilise des outils de perçage par refoule- ment ayant un épaulement pour la mise à niveau de la face supérieure de la collerette formée autour du trou percé si bien que la face supérieure peut être utilisée comme surface d'étanchéité Dans une seconde opération, un tarau- dage est formé dans le trou percé Les outils plats de perçage par refoulement conviennent très bien à la réalisa- tion du trou et à la formation d'un taraudage en une seule opération Dans ce cas, l'épaulement de l'outil doit être supprimé car la mise à niveau de la face supérieure de la collerette formée autour du trou ne peut pas être réa- lisée en même temps que la formation du filetage. La figure 8 représente un outil de perçage par refoulement de ce type Un corps plat 3 est fixé à une tige 2 et a une extrémité inférieure pointue Des bandes 7 de carbure sont fixées à ce corps de la manière repré- sentée sur les figures 1 à 4 Naturellement, on peut aussi utiliser le mode de réalisation représenté sur la figure Les bandes 7 de carbure sont alors rectifiées de na- nière que, à la partie supérieure, elles comportent des cannelures 13 permettant la formation d'un taraudage La partie 14 qui est contiguë aux cannelures 13 a une forme de largeur qui diminue légèrement vers le bas, suivant un angle de 30 environ de préférence La formation du ta- raudage, après la formation du trou, est alors facilitée. Même lorsque l'outil ne comporte pas des cannelures 13, la partie de travail du mandrin a de préférence une telle largeur variant suivant un angle de 3 D afin que l'enlève- ment du mandrin du trou percé soit facilité. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Mandrin de perçage par refoulement destiné à être entraîné en rotation autour de son axe longitudinal, à grande vitesse, afin qu'il forme un trou entouré par une collerette dans une feuille métallique ou la paroi d'un tube uniquement sous l'action de la pression et de la chaleur due au frottement, ledit mandrin étant du type qui comporte une tige cylindrique destinée à être serrée par un mandrin d'entraînement en rotation, un épaulement élargi et une partie de travail contiguë à l'épaulement et ayant une largeur qui détermine le diamètre du trou, la partie de travail ayant une largeur qui diminue prêts de son extrémité inférieure, ledit mandrin étant caractérisé en ce que l'épaulement ( 4) et la partie de travail ( 5, 6) sont délimités par deux surfaces planes parallèles, l'épaisseur de la partie de travail ( 5) étant au maximum égale à la moitié de la largeur la plus grande de la partie de travail ( 5), les autres surfaces délimitant la partie de travail étant arrondies avec un rayon de courbure infé- rieur à la moitié de la largeur de la partie de travail ( 5). 2 Mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la partie de travail est au Maxi- mum égale au tiers de la plus grande largeur de cette partie. 3 Mandrin de perçage par refoulement, comprenant une tige cylindrique destinée à être serrée par un mandrin d'un outil d'entraînement en rotation, un épaulement élargi, et une partie de travail contiguë à l'épaulement et ayant une largeur qui détermine le diamètre du trou, la partie de travail ayant une largeur qui diminue près de son extré- mité inférieure, l'épaulement et la partie de travail étant délimités par deux surfaces planes parallèles, l'épaisseur de la partie de travail étant au maximum égale au tiers de la plus grande largeur de cette partie, ledit mandrin étant caractérisé en ce que le bord inférieur de l'épau- lement et les côtés de la partie de travail du mandrin sont formés par des bandes de carbure fritté fixées à un corps en T formé d'une matière différente. 4 Mandrin selon la revendication 3, caractérisé en ce que les bandes ( 7, 8) de carbure fritté sont rac- cordées aux parois plates du corps ( 3) en T par soudage avec apport. Mandrin selon la revendication 3, caractérisé en ce que les bandes ( 7, 8) de carbure fritté des côtés sont raccordées aux côtés et au bord inférieur du corps de mandrin en T par un adhésif - 6 Mandrin de perçage par refoulement comprenant une tige cylindrique destinée à être serrée par un mandrin d'entraînement en rotation, un épaulement élargi et une partie de travail contiguë à l'épaulement et dont la lar- geur détermine le diamètre du trou, la partie de travail ayant une largeur qui diminue près de son extrémité infé- rieure, l'épaulement et la partie de travail étant déli- mités par deux surfaces planes parallèles, l'épaisseur de la partie de travail étant au maximum égale au tiers de la plus grande largeur de cette partie, ledit mandrin étant caractérisé en ce qu'il comporte un corps ( 5 ") en T revêtu sur toute sa surface d'un revêtement de carbure ( 11). 7 Mandrin selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaulement ( 4) et la partie de travail ( 5) du mandrin sont formés par trois organes raccordés ( 10) disposés en étoile, chaque organe ayant la forme d'un corps ( 3) de mandrin en T, séparé suivant son axe central, des bandes marginales ( 7, 8) de carbure fritté étant fixées aux côtés et au bord inférieur du corps.