Brevet FR2519064A1 — publié le 19830701

La présente invention se situe dans le domaine du forage Plus particulièrement, elle concerne les outils de forage, par exemple les tail- lants pour marteaux pneumatiques, les perforateurs ou les tricônes. Dans les outils de forage connus jusqutà présent, la surface de l'outil qui travaille est en général munie de boutons (ou picots) extrême- ment durs, destinés à pénétrer dans le terrain comme autant de pointes de dureté La figure 1 représente un taillant classique constitué dtune tête par exemple 1 prolongée par une queue 2 destinée à être placée/à l'extrémité des tubes allonges d'un marteau pneumatique fond-de-trou La surface de travail 3 de la tête est percée d'alvéoles 4 dans lesquelles sont sertis des boutons 5. Sur la figure 1, une partie de la tête 1 a été représentée en coupe pour bien montrer la structure de l'alvéole 4 et du bouton 5 Quand l'outil de forage est en fonctionnement, le marteau percute la queue 2 du taillant et cette percussion est transmise à chaque bouton 5, provoquant l'éclatement de la roche par dépassement de la résistance de celle-ci à la compression. Les boutons 5 sont en matériau très dur, par exemple en carbure de tungstène, en stellite, en carbure de bore, en î amique, etc La forme de l'alvéole 4 est généralement cylindrique et le bouton correspondant l'est également mais celui-ci a un diamètre légèrement supé- rieur à celui de l'alvéole 4 La paroi intérieure de l'alvéole 4 et la sur- face extérieure du bouton 5 sont soigneusement rectifiées en vue du sertis- sage du bouton 5 dans l'alvéole 4 La mise en place du bouton peut se faire au moyen d'une presse hydraulique ou d'un marteau pneumatique avec ou sans différence de température des deux éléments à sertir. Bien que les outils de perforation munis de boutons, tels que dé- crits ci-dessus, effectuent un travail de forage très efficace, ils présen- tent cependant quelques inconvénients En particulier, il arrive qu'au bout d'un certain temps de fonctionnement le bouton ne soit plus solidaire de l'alvéole dans laquelle il a été serti et se mette à tourner sur lui-même, dans son alvéole, devenant ainsi beaucoup moins efficace. En outre, quand le bouton commence à tourner sur lui-même dans son alvéole, il risque d'être extrait decelle-ci par les forces d'inertie qui sollicitent le bouton lors de la rotation de l'outil de perforation en fonc- tionnement ou par les chocs produits par le marteau. En résumé, on peut écrire que les inconvénients des outils de per foration connus résident surtout dans le fait que les boutons risquent de se désolidariser de l'alvéole dans laquelle ils sont logés Ce problème est grave pour l'ensemble des boutons sertis sur la surface de l'outil qui travaille mais il est encore plus grave pour les boutons placés en périphé- rie de l'outil car ceux-ci sont soumis au frottement sur la paroi du trou foré. La présente invention tente de remédier à ces inconvénients Elle vise un bouton susceptible d'être serti dans une alvéole de façon très sûre, c'est-à-dire sans risque de désolidarisation du bouton et de son alvéole. Io L'invention vise également un outil de perforation muni de boutons selon l'invention, c'est-à-dire un outil très fiable. Plus particulièrement, l'invention s'applique à un bouton en ma- tériau dur pour outil de perforation, constitué d'une tête pour le travail de forage proprement dit, prolongée par un corps, de préférence cylindrique, destiné à être serti à l'extrémité de l'outil, dans une alvéole de dimen- sions légèrement inférieures à celles du corps. Selon l'invention, la surface extérieure du corps comporte des parties saillantes destinées à pénétrer dans la paroi intérieure de l'alvé- ole lors du sertissage du bouton dans l'alvéole. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, les parties saillantes sont constituées par des dents situées le long de génératrices de la surface du corps De préférence, les dents sont de section triangulaire et l'on a avantage à réaliser chaque dent avec un angle au sormet d'une va- leur d'environ 900 Cependant, les dents peuvent être aussi de section tra- pézoldale ou semi-circulaire. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la hauteur de chaque dent est constante sur toute la longueur de la dent, alors que dans un deuxième mode de réalisation, que l'on préférera au premier mode, la hau- teur de chaque dent n'est pas constante, mais elle décrolt linéairement d'une hauteur maximale, à l'extrémité de la dent située vers la tête du bou- ton, jusqu'à une hauteur nulle à l'autre extrémité du bouton. Afin de mieux comprendre l'invention, on va décrire de façon plus précise deux modes de réalisation de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples; et représentés par les dessins annexés. La figure 1 représente un schéma d'ensemble d'un outil de perfora- tion muni de boutons en matériau dur Cette figure montre la façon dont sont disposés lesdits boutons sur l'outil Les boutons dessinés sur cette figure sont des boutons lisses, faisant partie de l'état de la technique connue mais il est bien sûr possible de monter sur l'outil de la figure 1 des boutons selon l'invention. La figure 2 montre, à une échelle plus grande que celle de la fi- gure 1, un premier mode de réalisation d'un bouton selon l'invention, avec il l'alvéole dans laquelle/est destiné à &tre serti Dans ce premier mode, les dents faisant saillie à la surface extérieure du corps ont une hauteur constante. La figure 3 montre un deuxième mode de réalisation d'un bouton selon l'invention, avec l'alvéole qui lui correspond Dans ce deuxième mode, les dents faisant saillie n'ont pas une hauteur constante et elles donnent ainsi au corps du bouton une forme conique. La figure 4 représente une coupe suivant IV-IV du bouton de la fi- gure 2 Elle représente également une coupe suivant IV-IV du bouton de la figure 3, effectuée à l'extrémité du corps du bouton o la hauteur des dents est maximale En effet, à ce niveau, la coupe par un plan perpendiculaire à l'axe du bouton est semblable à une coupe du bouton de la figure 2. La figure 5 représente une coupe suivant V-V du bouton de la figur 3, effectuée à un niveau o la hauteur de la dent est presque nulle, clesti&- dire près de l'extrémité du corps du bouton la plus éloignée de la tête de forage. Les figures 2 et 3 représentent toutes les deux des boutons cons- titués d'une tête 6 pour le travail de forage proprement dit, prolongée par un corps cylindrique 7 destiné à être serti à l'extrémité d'un outil tel que l'outil de la figure 1, dans une alvéole cylindrique 4 La surface extérieur du corps 7 comporte des dents 8 destinées à pénétrer dans la paroi intérieur de l'alvéole 4 lors du sertissage du bouton dans l'alvéole. On se reportera tout d'abord aux figures 2 et 4 qui représentent un bouton dans lequel les dents 8 ont une hauteur constante sur toute leur longueur Ainsi la coupe par un plan perpendiculaire à l'axe du bouton est toujours identique à la figure 4 Le corps 7 du bouton a un diamètre de va- leur D à ses deux extrémités et au fond des dents En vue du sertissage du bouton dans l'alvéole 4 de diamètre Dl on a bien sûr prévu une valeur D lé- gèrement supérieure à la valeur D' Sur la figure 4 on a représenté enpoin- tillés un cercle de diamètre D', pour pouvoir comparer ce diamètre au dia- mètre D du bouton Les dents 8 ont toutes un angle au sommet d'environ 900. Le diamètre sur sommet des dents 8 a été repéré sur les figures par DM" La valeur DM" est bien sûr supérieure à D et donc à D' Lors du sertissage du bouton dans l'alvéole 4, au serrage initial entre le bouton et l'alvéole dû à la différence de diamètre D D', s'ajoute donc la pénération totale des dents 8 dans la paroi de l'alvéole 4. On se reportera maintenant aux figures 3, 4 et 5 Ces figures mon- trent un bouton dans lequel les dents ont une hauteur qui décroit linéaire- ment d'une extrémité à l'autre de la dent Le diamètre D du corps 7 du bouton a ses deux extrémités et au-fond des dents est le mgme que celui du bouton de la figure 2 L'angle au sommet des dents 8 est toujours d'environ 900 mais la hauteur de la dent diminue linéairement d'une hauteur maximale à l'extrémité de la dent située vers la tête du bouton (voir figure 4) jus- qu'à une hauteur nulle à l'autre extrémité du bouton Sur la figure 5, cette hauteur est presque nulle On a repéré le diamètre sur sommet des dents par DM'' sur la figure 4, o ce diamètre est maximal Sur la figure 5, ce dia- mètre étant presque nul, a été repéré par D"m, la valeur D"m étant pratique- ment égale à D. Conne le bouton de la figure 2, le bouton de la figure 3 se trouve véritablement ancré dans l'alvéole 4 lors du sertissage En effet, en plus du serrage initial d'une valeur D D' s'ajoute la pénétration totale des dents 8 dans l'alvéole La forme c 8 nique des dents permet un montage plus aisé du bouton dans l'alvéole. Le bouton selon l'invention présente de grands avantages: Une fois serti, le bouton est dans l'impossiblité de tourner sur lui-même, dans son alvéole. D'autre part, la présence des dents en saillie à la surface exté- rieure du corps du bouton augmente de façon considérable la surface de con- tact entre le bouton et la paroi intérieure de l'alvéole Ceci a pour con- séquence une importante réduction des effets d'inertie liés à la masse du bouton Les risques d'extraction du bouton hors de son alvéole sont donc inexistants. La réalisation d'un bouton selon l'invention n'est pas beaucoup plus difficile que la réalisation d'un bouton lisse Les dents peuvent être obtenues lors du frittage ou par tout autre procédé. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples, mais elle couvre également tous les autres modes de réalisation qui n'en différeraient que par des détails, par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. Ainsi on pourrait envisager de remplacer les dentures droites que l'on a décrites par des dentures hélicoïdales, c'est-à-dire que les dents ne seraient pas situées le long de génératrices de la surface du corps, mais le long d'hélices tracées sur cette surface. On pourrait imaginer aussi des dents dont la section ne serait pas triangulaire mais trapèzoldale ou semi-circulaire ou dont les flancs seraient par exemple en développante de cercle. L'invention pourrait évidemment s'appliquer à des boutons dont le surface extérieure du corps ne serait pas cylindrique, mais par exemple conique, la structure et la disposition des dents étant semblables àcelles décrites plus haut, par exemple lors de la description de la figure 2. REVENDICATIONS 1. Bouton en matériau dur, pour outil de perforation, constitué d'une tête( 6)prolongée par un corps( 7) destiné à être serti à l'extrémité de l'outil, dans une alvéole( 41 de dimensions légèrement inférieures à celles du corps( 7), caractérisé par le fait que la surface extérieure du corps( 7)conmporte des parties saillantes( 8)destinées à pénétrer dans la paroi intérieure de l'al- véole( 4) lors du sertissage du bouton( 5)dans l'alvéole( 4). 2. Bouton en matériau dur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites parties saillantes( 8)sont constituées par des dents( 8)situées le long de génératrices de la surface du corps ( 7). 3. Bouton en matériau dur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites parties saillantes ( 8) sont constituées par des dents ( 8) situées le long d'hélices tracées sur la surface du corps ( 7). 4. Bouton en matériau dur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que lesdites dents ( 8) sont de section triangulaire. 5. Bouton en matériau dur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'angle au sommet de chaque dent ( 8) est d'envi- ron 90 o. 6. Bouton en matériau dur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que lesdites dents ( 8) sont de section trapèzoldale. 7. Bouton en matériau dur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que lesdites dents( 8)sont de section semicirculaire. 8 Bouton en matériau dur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que la hauteur de chaque dent ( 8) est constante sur toute la longueur de la dent ( 8). 9. Bouton en matériau dur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que la hauteur de chaque dent ( 8) n'est pas constante, mais décroit linéairement d'une hauteur maximale, à l'extrémité de la dent ( 8) située vers la tête ( 6) du bouton ( 5), jusqu'à une hauteur nulle à l'au- tre extrémité du bouton ( 5). 10. Outil de perforation comportant un bouton ( 5) selon l'une quel- conque des revendications précédentes.