Brevet FR2511632A1 — publié le 19830225

L'invention concerne un mandrin de serrage, notam- ment pour outils de perçage sous percussion, ce mandrin com- portant un corps pour le raccorder à un arbre qui appartient à une machine d'entraînement et qui est aménagé pour la trans- mission de percussionsà l'outil de perçage, ledit mandrin comportant en outre des mâchoires qui y sont mobiles et qui forment une ouverture d'encastrement pour recevoir la queue de l'outil de perçage, le diamètre de cette ouverture étant modifiable grâce au fait que ces mâchoires sont appliquées contre des surfaces de serrage convergeant vers l'axe du man- drin et faisant office de guides au contact desquels lesdites mâchoires peuvent accomplir des déplacements relatifs que l'on provoque au moyen d'un manchon prévu sur le corps du mandrin. De tels mandrins de serrage sont connus d'une fa- çon générale pour utilisation avec des perceuses à percus- sion L'expression "perceuse à percussion" désigne une ma- chine d'entraînement pour exécuter des perçages qui sont es- sentiellement effectués en rotation mais qui est telle que son arbre d'entraînement accomplit des mouvements de percus- sion ou secousses axiales superposés à son mouvement de ro- tation, afin que l'outil de forage ou perçage soit aussi entraîné axialement par impulsions L'effet d'impulsion est transmis de l'arbre à l'outil de perçage par l'intermédiaire du mandrin interposé entre cet arbre et cet outil qui, par une queue cylindrique, est serré entre les mâchoires de ser- rage La totalité de la masse de ce mandrin participe aux secousses de percussion, de sorte que l'énergie de percus- sion restant disponible sur l'outil est relativement faible. Cet inconvénient n'existe pas dans le cas des perceuses dites "à marteau" ou "à percuteur" lesquelles sont des machines d'entraînement qui, pour produire des percussions indépen- damment de l'entraînement en rotation, possèdent une pièce de percussion qui est entraînée indépendamment, selon un mouvement de va-et-vient, et qui frappe directement l'ex- trémité arrière de l'outil de perçage, de sorte que l'éner- gie de percussion est pratiquement disponible dans sa totali- té sur l'outil de perçage Dans les mandrins de serrage destinés à de telles perceuses avec percuteur, il faut tou- tefois que le maintien de l'outil de perçage autorise des déplacements axiaux de celui-ci au moins égaux à l'amplitude de la course de percussion Pour assurer en même temps son entraînement en rotation, l'outil comporte une queue dotée d'entraîneurs spéciaux qui sont maintenus dans le mandrin et qui établissent une liaison positive (liaison par obstacle), dans le sens de la rotation, entre mandrin et outil Cela exige des outils de perçage à configuration particulière puisque leur queue doit comporter des entraîneurs et ne peut une donc pas être/simple queue cylindrique, le résultat étant que de tels outils ne peuvent aller dans des mandrins à mâ- choires de serrage du type habituel pour perceuses à percus- sion classiques. L'invention a pour but de réaliser un mandrin de * 15 serrage du genre mentionné au début, de façon que ce mandrin puisse être utilisé sur des perceuses à percuteur ou marteau tout en autorisant l'utilisation d'outils de perçage à queue cylindrique simple dépourvue d'entraîneur-" c'est-à-dire l'utilisation d'outils de perçage ou forage utilisables sur des perceuses ordinaires ou sur des perceuses à percussion- dépourvues d'organe perucseur. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait qu'un organe d'entraînement pouvant être serré depuis d'ex- térieur et mobile coaxialement à l'axe du mandrin est agencé dans le mandrin pour assurer la solidarisation et l'entra;- nement en rotation de la queue d'outil qui, bien que serrée entre les mâchoires, peut encore être déplacée axialement, cet organe d'entraînement étant arrêté contre tout déplace- ment angulaire relatif dans le mandrinmais pouvant y accom- plir des mouvements axiaux dont l'amplitude est au moins égal à celle de la course de percussion, cet organe d'entraî- nement étant en outre déplaçable radialément dans le mandrin de façon à pouvoir être adapté au diamètre de la queue d'ou- til et par le-fait qu'il est prévu dans le corps, entre la- dite ouverture d'encastrement et l'arbre, un passage traver- sant au travers duquel les percussions sont directement ache- minées de l'arbre à l'extrémité de la queue d'outil. Le mandrin de serrage selon l'invention permet d'u- tiliser, même sur des perceuses à percussion équipées d'un -3 percuteur ou marteau, des forets de perçaàe ayant une queue cylindrique simple dépourvue d'entraîneur ';nécial Les mâchoires de serrage ne fournissent alors qu'un simple gui- dage à diamètre réglable, donc un guidage adapté à chaque outil de perçage dont la queue cylindrique peut ainsi cou- lisser axialement, si bien que les percussions acheminées par le passage traversant dans le corps de mandrin sont ap- pliquées directement à l'extrémité de la queue d'outil, donc avec une efficacité totale sur l'outil A la seule exception de l'organe d'entraînement en rotation, le mandrin de serrage une participe pas aux mouvements de percussion et, comme cet organe d'entraînement en rotation ne possède qu'une masse faible par rapport à celle du mandrin, il en résulte que la transmission des percussions n'est pas notablement atténuée par cet organe d'entraînement Par ailleurs, cet organe d'en- traînement disposé dans le mandrin et adaptable à divers dia- mètres de queue d'outil maintient l'outil dans le mandrin en l'y solidarisant en rotation, indépendamment de la course de percussion Il en résulte que le mandrin selon l'invention autorise, par rapport à lui, l'accomplissement de mouvements de percussion par l'outil à queue cylindrique simple et au- torise en même temps l'entraînement en rotation de l'outil pris dans ce mandrin, et permet donc d'utiliser sur des ma- chines à marteau ou percuteur tous les outils habitueles pour perceuses à percussion sans percuteur. Une forme de réalisation préférée se caractérise par le fait que le mandrin est guidé, avec possibilité de déplacement axial et sans possibilité de déplacement angulai- re, sur le corps du mandrin, par le fait qu'il est prévu, entre ce corps et ce manchon, un ressort de serrage agis- sant axialement et sollicitant le manchon dans une direction de déplacement correspondant au serrage des mâchoires, et par le fait que le manchon porte une pièce annulaire qui avance, côté outil, au-delà des mâchoires, cette pièce an- nulaire comportant une fente transversale à parois paral- lèles dans laquelle est agencé l'organe d'entraînement doté de parois latérales qui sont également parallèles et sont au contact des parois de la fente, laquelle est plus haute que l'organe d'entra nement qui comporte un moyen de serrage ac- cessible, depuis l'extérieur, par ladite fente transversale. Le ressort de serrage peut sans difficulté être conditionné, pour ce qui est de la force qu'il fournit, de façon que les mâchoires qu'il maintient au contact de la queue d'outil four- nissent à celle-ci un guidage axial fiable tout en la main- tenant sous un serrage qui ne s'oppose pas à sa course axiale. La fente transversale permet d'effectuer facilement les opé- rations nécessaires au serrage et à la libération de l'outil de perçage La liaison positive('kar obstacle") entre, d'une part, les parois ou surfaces parallèles de la fente trans- versale et, d'autre part, les parois ou surfaces parallèles de l'organe d'entraînement, assurent l'entraînement en rota- tion de cet organe par le mandrin sans que cela compromette la mobilité axiale (pour les percussions) et l'adaptabilité de l'organe d'entraînement-pour divers diamètres de queue d'outil. L'invention prévoit en outre que les surfaces de guidage convergentes, pour le guidage des mâchoires, sont prévues sur la pièce annulaire et sont aménagées dans leur ensemble sous la forme d'une surface en tronc de cône dont la pointe est dirigée vers l'outil, et que le ressort de serrage est un ressort de compression qui prend appui axia- lement, côté outil, contre le corps du mandrin et, côté ar- bre d'entraînement, contre le manchon Il est alors opportun que le ressort de serrage soit un ressort hélicoïdal agencé dans un espace annulaire, entre le corps du mandrin et le manchon de serrage, et appliqué contre des épaulements an- nulaires du corps et du manchon. Pour ce-qui est de l'organe d'entraînement en ro- tation, l'invention prévoit, dans une forme de réalisation avantageuse, que l'organe d'entraînement comporte un corps de serrage qui porte lesdites surfaces latérales parallèles et qui est doté d'une fenêtre recevant la queue d'outil, l'un des côtés de cette fenêtre étant aménagé en surface de serrage qui est prismatique et symétrique par rapport à un plan médian passant par l'axe du mandrin de la fente transversale, et que, du côté de la fenêtre situé en face de la surface de serrage, il y a, dans le corps de serrage un organe de serrage déplaçable radialement jusqu'à l'inté- rieur de la fenêtre La configuration prismatique de la surface de serrage, en combinaison avec la possibilité d'ajus- ter l'organe de serrage, autorise le montage et le serrage, de façon connue, de queues d'outils cylindriques de diamètres très différents compris dans une plage étendue Il est op- portun que la surface de serrage soit prévue sur une pièce de serrage amoviblement insérée dans le corps de serrage. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente, considéré en coupe axiale, un mandrin de serrage selon l'invention L'arbre d'entraine- ment de la machine non représentée est simplement esquissé. La figure 2 représente une vue en coupe axiale du mandrin de serrage selon la figure 2, considéré latéralement, à 900 par rapport à la figure 1. La figure 3 représente une vue en coupe transver- sale du mandrin selon les figures 1 et 2, la coupe étant faite dans la région de l'organe d'entraînement Cette figu- re montre en outre le serrage d'un outil à queue de petit diàmètre - La figure 4 représente l'objet de la figure 3 serrant une queue d'outil de diamètre plus important. La figure 5 représente une vue en coupe transver- sale d'un mandrin de serrage selon l'invention, dans le cas d'une autre forme de réalisation de l'organe d'entraîne- ment en rotation. Sur le dessin, la référence 1 désigne le corps du mandrin de serrage représenté Ce corps de mandrin est doté d'un logement fileté 3 pour le raccorder à un arbre d'en- traînement 2 appartenant à une machine de perçage, telle qu'une perceuse à marteau ou percuteur (non représentée). Pour fournir des percussions à l'extrémité de la tige ou queue 4 de l'outil maintenue dans le mandrin, il y a, guidé à l'intérieur de l'arbre d'entraînement 2, un percuteur 5 qui est sollicité par une pièce de percussion laquelle est entraînée, à l'intérieur de la machine, selon un mouvement de va-et-vient de façon connue en soi qu'il est inutile de décrire en détail Les mâchoires de serrage mobiles dans le mandrin sont désignées par la référence 6 Elles forment une ouverture coaxiale à l'axe 7 du mandrin, pour recevoir la queue cylindrique 4 de l'outil de forage Pour que le diamètre de cette ouverture d'encastrement puisse être modi- fié, ces mâchoires sont guidées contre des surfaces de ser- rage 8 qui convergent vers l'axe 7 du mandrin La référence 9 désigne la douille ou manchon du serrage prévue sur le corps 1 pour le déplacement relatif des mâchoires de serrage 6 contre ces surfaces de serrage 8 Un toc ou organe d'en- traînement, globalement désigné par la référence 10, est prévu dans le mandrin afin d'assurer la solidarisation et l'entraînement en rotation de la queue d'outil, 4, qui bien que serrée entre les mâchoires 6 peut encore être déplacée axialement L'organe d'entraînement 10 est dépla- çable coaxialement à l'axe 7 du mandrin et peut être serré depuis l'extérieur Cet organe d'entraînement est arrêté contre tout déplacement angulaire relatif dans le mandrin. Axialement, cet organe d'entraînement peut accomplir des mouvements dont l'amplitude est au moins égale à l'amplitude de la course de percussion En outre, l'entraîneur 10 est aussi déplaçable radialement dans le mandrin afin de pou- voir être adapté à divers diamètres de queue d'outil 4 sans qu'il y ait décalage entre l'axe de serrage de cet organe 10 et l'axe 7 du mandrin Dans le corps 1 du mandrin, il y a, entre l'ouverture de serrage et l'arbre d'entraînement 2, un passage traversant Il par lequel le percuteur 5 frappe directement l'extrémité de la queue d'outil 4 maintenue dans le mandrin, le résultat étant que les coups sont directement acheminés au travers du passage 11 de l'arbre d'entraî- nement 2 à l'outil de forage. Le manchon ou douille de serrage 9 porte une vis 13 qui s'engage radialement dans une fente 12 qui est aména- gée selon un tracé axial dans le corps 1, le résultat étant que le manchon 9 est guidé avec possibilité de déplacement axial, mais sans possibilité de rotation relative, sur le corps 1 du mandrin Entre ce corps 1 et le manchon 9, il est prévu un ressort de serrage 14 qui agit axialement et qui sollicite le manchon 9 dans une direction de déplacement correspondant au serrage des mâchoires 6, donc (sur les figures 1 et 2) vers le haut par rapport au corps 1 Le manchon 9 porte une pièce annulaire 15 qui lui est rigide- ment fixée et qui avance, côté outil, au-delà des mâchoires de serrage 6 Cette pièce annulaire 15 comporte une fente transversale 17 à parois parallèles 16, dans laquelle l'or- gane d'entraînement ("toc") 10, doté de parois latérales 18 qui sont également parallèles, est au contact des parois 16 de cette fente En direction axiale, le fente transversale 17 est plus haute que l'organe d'entraînement 10, de sorte que cet organe peut être déplacé par rapport à la pièce an- nulaire 15, donc par rapport au mandrin, et peut donc parti- ciper à la course de percussion de l'outil de forage L'or- gane d'entraînement 10 comporte un moyen de serrage à l'aide duquel la queue 4 de l'outil peut être serréedans cet organe d'entraînement de façon à ne pas pouvoir y tourner Ce moyen de serrage est accessible depuis l'extérieur, par la fente transversale 17 Par ailleurs, l'organe d'entraînement 10 est déplaçable radialement dans la fente-transversale 17, afin d'autoriser l'adaptation (déjà mentionnée) aux divers diamètres de queue d'outil 4. En détail, l'organe d'entraînement 10 posséde un corps 10 1 portant lesdites surface latérales 18 et doté d'une fenêtre 10 2 recevant la queue d'outil 4 Le premier côté de cette fenêtre 10 2 est aménagé en surface de serrage 10.3 symétrique par rapport à un plan médian de la fente transversale 17 passant par l'axe 7 du mandrin Cette surface de serrage 10 3 peut être prismatique et anguleuse comme représenté sur les figures 3 et 4, ou ronde comme re- présenté sur la figure 5, et peut en outre être dotée de ca- nnelures ou stries axiales Dans chaque cas, cette configu- ration de la surface de serrage 10 3 a pour effet qu'indé- pendamment de son diamètre la queue d'outil sera toujours centrée sur l'axe 7 du mandrin, contre les deux plans 10 3 de la surface prismatique Du côté de la fenêtre situé en face de la surface de serrage 10 3, il y a, dans le corps de serrage 10 1, un organe de serrage 10 4 déplaçable radiale- ment jusqu'à l'intérieur de la fenêtre 10 2 Cet organe de serrage 10 4 est réalisé sous la forme d'une vis de serrage qui, en son extrémité accessible de l'extérieur, peut pos- séder des surfaces 10 5 de prise de clé, pour y appliquer une clé de serrage La surface de serrage 10 3 proprement dite est aménagée sur une pièce de serrage 10 6 qui est amoviblement insérée dans le corps de serrage 10 1 dans lequel elle est maintenue au moyen d'une goupille 10 7. Toutefois, comme indiqué sur la figure 5, la surface de ser- rage 10 3 peut aussi être aménagée directement sur le corps de serrage proprement dit 10 1 La fente transversale 17 recevant l'organe d'entraînement 10 peut être fermée du cô- té pointe de l'outil, par un couvercle 15 2 amoviblement fi- xé à la pièce annulaire 15 par des vis 15 1. Dans le présent exemple, les surfaces de guidage convergentes 8, prévues pour guider les mâchoires 6, sont situées sur la pièce annulaire 15 et sont aménagées dans leur ensemble sous la'forme d'une suirface en tronc de cône dont la pointe est dirigée vers l'outil, donc vers le bas sur les figures 1 et 2 Réalisé sous la forme d'un ressort de compression, le ressort de serrage 14 prend appui axia- lement, côté outil, contre le corps 1 du mandrin et, côté arbre d'entraînement, contre le manchon de serrage 9, cette prise d'appui ayant lieu d'une part contre un épaulement annulaire 1 1 du corps 1 du mandrin et contre un épaulement annulaire 9 1 du manchon de serrage 9 Ce ressort 14 est du genre hélicoïdal et se trouve dans une chambre annulaire , entre le corps 1 du mandrin et le manchon de serrage 9. Sous l'effet de la force du ressort de serrage 14, le manchon de serrage 9 avec la pièce annulaire 15 est dé- placé par rapport au corps 1 du mandrin, vers le haut (en considérant les figures 1 et 2), de sorte que la surface de guidage tronconique 8 pousse les mâchoires 6 radialement vers l'intérieur, contre la queue 4 de l'outil, puisque le corps 1 du mandrin empêche les déplacements axiaux de ces mâchoires 6 Sous la force du ressort de serrage 14, les mâchoires deserrage 6 provoquent un certrage de la queue 4 de l'outil dans le mandrin, cela sans empêcher les dépla- cements axiaux de la queue d'outil serrée, et par conséquent sans empêcher les mouvements axiaux de l'outil de perçage. Les coups que le percuteur 5 applique à l'extrémité supé- rieure de la queue d'outil 4 arrivent donc avec leur pleine efficacité sur l'outil L'organe d'entraînement 10 est soli- darisé en rotation à la queue d'outil 4, cela par l'intermé- diaire de l'organe de serrage 10 4, et participe donc aussi aux mouvements de l'outil sous l'effet des percussions Sur les figures 1 et 2, le dispositif est représenté à la posi- tion supérieured'inversion de la course de percussion Comme l'organe d'entratirem-ent 10 est maintenu dans le mandrin sans possibilité de rotation par rapport au corps de ce mandrin, il en résulte que cet organe d'entraînement partici- pe à la rotation du mandrin et que l'outil de perçage serré dans cet organe d'entraînement 10 tourne aussi Si le man- drin doit être desserré pour changer d'outil, il suffit de desserrer le moyen de serrage 10 4 dans l'organe d'entraine- ment 10 et de déplacer manuellement la manchon ou douille de serrage 9 contre la force du ressort 14, par rapport au corps 1 du mandrin, vers le bas en considérant les figures 1 et 2, ce qui a pour effet que les mâchoires de serrage 6 (appuyées les unes contre les autres, en direction périmétrique, par l'intermédiaire de ressort 21) se déplacent radialement vers l'extérieur et libèrent la queue d'outil 4. REVENDICATIONS 1 Mandrin de serrage, notamment pour outils de per- çage sous percussion, ce mandrin comportant un corps ( 1) pour le raccorder à un arbre ( 2) qui appartient à une machi- ne d'entraînement et qui est aménagé pour la transmission de percussions à l'outil de perçage, ledit mandrin comportant en outre des mâchoires ( 6) qui y sont mobiles et qui forment une ouverture d'encastrement pour recevoir la queue ( 4) de l'outil de perçage, le diamètre de cette ouverture étant modifiable grâce au fait que ces mâchoires ( 6) sont appli- quées contre des surfaces de serrage ( 8) convergeant vers l'axe ( 7) du mandrin et faisant office de guides au contact desquels lesdites mâchoires peuvent accomplir des déplacements relatifs que l'on provoque au moyen d'un manchon ( 9) prévu sur le corps ( 1) du mandrin, ce mandrin étant caractérisé par le fait qu'un organe d'entraînement ( 10) pouvant être serré depuis l'extérieur et mobile coaxialement à l'axe du mandrin est agencé dans le mandrin pour assurer la solida- risation et l'entraînement en rotation de la queue d'outil ( 4) qui, bien que serrée entre les mâchoires ( 6), peut en- core être déplacée axialement, cet organe d'entraînement ( 10) étant arrêté contre tout déplacement angulaire relatif dans le mandrin mais pouvant y accomplir des mouvements ax- iaux dont l'amplitude est au moins égale à celle de la cour- se de percussion, cet organe d'entraînement ( 10) étant en outre dépiaçable radialement dans le mandrin de façon à pouvoir être adapté au diamètre de la queue d'outil ( 4), et par le fait qu'il est prévu dans le corps-( 1), entre ladite ouverture d'encastrement et l'arbre ( 2), un passage traver- sant ( 11) au travers duquel les percussions sont directement acheminées de l'arbre ( 2) à l'extrémité de la queue d'outil ( 4). 2 Mandrin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le manchon ( 9) est guidé, avec possibilité de déplacement axial et sans possibilité de déplacement angulaire, sur le corps ( 1) du mandrin nar le fait qu'il est prévu, entre ce corps ( 1) et ce manchon ( 9),,un ressort de serrage ( 14) agissant axialement et sollicitant le man- chon ( 9) dans une direction de déplacement correspondant il au serrage des mâchoires ( 6), et par le fait que le man- chon ( 9) porte une pièce annulaire ( 15) qui avance, côté outil, au-delà des mâchoires ( 6), cette pièce annulaire ( 15) comportant une fente transversale ( 17) à parois parallèles ( 16) dans laquelle est agencé l'organe d'entraînement ( 10) doté de parois latérales ( 18) qui sont également parallèles et sont au contact des parois ( 16) de la fente ( 17), laquel- le est plus haute que l'organe d'entraînement ( 10) qui com- porte un moyen de serrage accessible depuis l'extérieur, par ladite fente transversale ( 17). 3 Mandrin selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les surfaces de guidage convergentes ( 8), pour le guidage des mâchoires ( 6) sont prévues sur la pièce annulaire ( 15) et sont aménagées dans leur ensemble sous la forme d'une surface en tronc de cône dont la pointe est di- rigée vers l'outil, et par le fait que le ressort de serrage ( 14) est un ressort de compression qui prend appui axiale- ment, côté outil, contre le corps ( 1) du mandrin et, côté arbre d'entraînement ( 2), contre le manchon ( 9). 4 Mandrin selon la revendication 3 i caractérisé par le fait que le ressort de serrage ( 14) est un ressort hélicoïdal agencé dans un espaceannulaire ( 20) entre le corps ( 1) du mandrin et le manchon de serrage ( 9), et ap- pliqué contre des épaulements annulaires ( 1 1, 9 1) du corps ( 1) et du manchon ( 9). Mandrin selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'organe d'entraînement ( 10) comporte un corps de serrage ( 10 1) qui porte lesdites surfaces laté- rales parallèles ( 18) et qui est doté d'une fenêtre ( 10 2) recevant la queue d'outil ( 4), l'un des côtés de cette fe- nêtre étant aménagé en surface de serrage ( 10 3) qui est prismatique et symétrique par rapport à un plan médian passant par l'axe ( 7) du mandrin de la fente transver- sale ( 17), et par le fait que, du côté de la fenêtre situé en face de la surface de serrage ( 10 3), il y a, dans le corps de serrage ( 10 1), un organe de serrage ( 10 4) dépla- çable radialement jusqu'à l'intérieur de la fenêtre ( 10 2). 6 Mandrin selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la surface de serrage ( 10 3) est prévue sur une pièce de serrage ( 10 6) qui est amoviblement insérée dans le corps de serrage ( 10 1).