Brevet FR2576068A1 — publié le 19860718

La présente invention se rapporte à des organes d'assemblage perceurs et taraudeurs et, plus particu- lièrement, à un organe d'assemblage perceur et taraudeur pouvant être fabriqué par forgeage. On connaît déjà, dans la technique de la fabri- cation des organes d'assemblage, un type d'organe d'as- semblage fileté capable de percer un trou pilote et de former des filets pour l'entrée de l'organe d'assembla- ge, tout étant combiné dans la même opération. Il est également connu de fabriquer de tels organes d'assembla- ge en utilisant une paire de matrices qui forgent la pointe de perçage de manière à lui donner la configura- tion qui est la plus appropriée pour l'opération de per- çage dans une matière particulière, ou pour un organe d'assemblage d'une dimension particulière. Un organe d'assemblage de ce type est représenté dans le brevet des E.U.A. n 3 395 603. Bien qu'un grand nombre de ces organes d'assem- blage perceurs et taraudeurs aient été adoptés dans le commerce, y compris ceux de la configuration de l'or- gane d'assemblage du brevet précité, il reste des domai- nes non couverts qui sont considérés comme susceptibles de perfectionnements, pour à la fois élargir les appli- cations de l'organe d'assemblage particulier et facili- ter sa fabrication, en réduisant en même temps le coût par organe d'assemblage. Par exemple, on a constaté que de nombreux orga- nes d'assemblage perceurs et taraudeurs de la techni- que antérieure ne peuvent pas être adaptés pour assurer leur fonction dans des matières de forte épaisseur, c'est-à-dire des matières d'une épaisseur supérieure à environ 8 mm. Bien que certains des organes d'assem- blage décrits dans la technique antérieure soient capa- bles d'assurer cette fonction de perçage, la grande quantité de chaleur engendrée par l'opération de per- çage, qui s'ajoute à l'accroissement du temps de per- çage, rend l'adoption des organes d'assemblage per- ceurs et taraudeurs indésirable dans de nombreuses ap- plication. En ce qui concerne la fabrication, un grand nombre d'organes d'assemblage perceurs et taraudeurs de la technique antérieure sont construits avec une sur- face d'extrémité pilote extérieure qui, en section, com- porte un certain nombre d'angles vifs ou de creux à arêtes vives qui sont formés dans la pointe de perçage. Ces arêtes vives sont désavantageuses lorsque l'organe d'assemblage est fabriqué par un procédé de forgeage utilisant une matrice femelle pour produire l'extrémi- té pilote de l'organe d'assemblage, en ce sens qu'elles créent des zones de contraintes dans la matrice femelle. Au bout d'un certain temps, les zones de contraintes sont sujettes à se fissurer et entraînent éventuelle- ment la rupture prématurée de l'outillage. C'est ainsi que les outils utilisés pour la fabrication de ce type d'organes d'assemblage ayant plusieurs surfaces exter- nes à arêtes vives doivent être remplacés après un nombre limité de cycles d'utilisation. Le but de la présente invention est donc de réaliser un organe d'assemblage perceur et taraudeur qui soit particulièrement bien adapté pour être utili- sé dans des matières de forte épaisseur, par exemple, dans des matières possédant une épaisseur supérieure à environ 8 mm. Un autre but de l'invention est de réaliser un organe d'assemblage perceur et taraudeur du type décrit, dans lequel les angles vifs de l'extrémité pilote de l'organe d'assemblage qui sont produits par des creux à arêtes vives de la matrice de forgeage soient réduits 3. ou éliminés, afin de permettre de fabriquer l'organe d'assemblage par forgeage en utilisant une matrice qui ne possède qu'un petit nombre, ou même pas du tout, de creux à arêtes vives sur sa surface active. Pour atteindre les buts énumérés ci-dessus, ainsi que d'autres qui ressortiront de la suite de la description, l'invention a pour objet un organe d'as- semblage perceur et taraudeur comprenant une tige file- tée et une extrémité pilote, dont l'extrémité pilote a un axe principal qui coupe par l'axe de rotation de l'organe d'assemblage et un petit axe, qui coupe le grand axe à angle droit, sur l'axe de rotation de l'or- gane d'assemblage, et qui a une plus faible longueur - que le grand axe. Deux rainures sont formées dans l'ex- trémité pilote dans des quadrants opposés délimités par le grand axe et le petit axe et s'étendent longitu- dinalement et parallèlement à l'axe de rotation de l'organe d'assemblage, et deux portées sont disposées dans des quadrants opposés, adjacents aux rainures, les rainures étant en section sensiblement arquée et les portées ayant une section droite sensiblement ar- quée sur la majeure partie de la longueur de l'extré- mité pilote. La section arquée d'une rainure et la section arquée d'une portée se termine à une intersec- tion pour former une arête tranchante pilote à une extrémité du grand axe. Les caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront d'ailleurs au cours de la description qui va suivre, de modes de réalisation représentés sur les dessins annexés, et donnés uniquement à titre d'e- xemples. Sur ces dessins: - la Fig. 1 est une vue en élévation représen- tant un organe d'assemblage perceur et taraudeur cons- truit selon les principes de l'invention; - la Fig. 2 est une vue partielle, en éléva- tion, analogue à la Fig. 1, qui montre une variante de construction d'une partie de l'organe d'assemblage; - la Fig. 3 est une vue partielle en élévation montrant une partie de la structure de la Fig. 1, vu à de cette Fig. 1; - la Fig. 4 est une vue partielle en élévation montrant une partie de la structure de la Fig. 1, à plus grande échelle, pour des raisons de clarté; - la Fig. 5 est une vue en bout de la structure de la Fig. 4; - la Fig. 6 est une vue en coupe selon les li- gnes VI-VI de la Fig. 5, qui montre des détails de la structure; - la Fig. 7 est une vue en coupe selon les li- gnes VII-VII de la Fig. 5 qui montre d'autres détails de la structure; - la Fig. 8 est une vue en coupe selon les li- gnes VIII-VIII de la Fig. 5, qui montre les détails de l'organe d'assemblage au niveau de cette section; - la Fig. 9 est une vue en élévation et en pers- pective montrant l'une des deux matrices utilisées pour la fabrication de l'organe d'assemblage des Fig.- 1 à 8. Comme on peut le voir en se reportant maintenant aux dessins et, en particulier, aux Figs. 1 et 2, l'or- gane d'assemblage perceur et taraudeur 10 représenté comporte une tête hexagonale 11, une tige filetée 12 et une extrémité de guidage ou pilote 14. L'organe d'as- semblage de la Fig. 1 comporte également une portion de tige non filetée 15 qui va de la partie filetée 12 à l'extrémité pilote 14. L'organe d'assemblage 10A représenté sur la Fig. 2 est identique à celui de la Fig. 1, mise à part la suppression de la portion de tige non filetée 15 qui est représentée sur la Fig. 1. Selon l'application particulière, la partie de tige non filetée 15 peut être de toute longueur appropriée ou peut être éli- minée, auquel cas l'extrémité pilote 14 se termine dans la partie filetée, comme sur la Fig. 2. La tige filetée 12 peut contenir des lobes (non représentés) ou d'autres formes d'éléments de taraudage bien connus dans la technique (non représen- tée) qui servent à tailler des filets dans un trou formé par l'extrémité pilote 14 de l'organe d'assem- blage représenté sur la Fig. 1 ou de celui représenté sur la Fig. 2. On se reportera maintenant aux Fig. 3 et 4, sur lesquelles l'extrémité pilote 14 est représentée en détail et comporte deux rainures 16 et 18 de forme arquée qui sont formées sensiblement sur toute la lon- gueur de l'extrémité pilote et peuvent même se prolon- ger jusque dans un ou plusieurs filets de la tire filetée, et deux portées arquées 20 et 22 adjacentes aux rainures. En se reportant à la Fig. 5, on remarquera qu'un grand axe X et un petit axe Y de l'organe d'as- semblage, qui sont perpendiculaires entre eux, passent par le centre de rotation de l'organe d'assemblage et définissent la dimension minimum (sur l'axe Y) et la dimension maximum (le long de l'axe X) de l'organe d'assemblage. On remarquera également sur la Fig. 5 que l'intersection entre chaque portée arquée 20, 22 et une rainure arquée 16 ou 18 associée se produit sur le grand axe X-X et définit une arête de coupe pilote 24 ou 26 qui se trouve dans un plan passant par l'axe de rotation de l'organe d'assemblage. Cette arête tran- chante 24 ou 26 s'étend sur la plus grande partie de l'extrémité pilote 14 et est représentée sur les Fig. 7 et 8, qui sont des coupes prises sur la longueur de l'extrémité pilote de l'organe d'assemblage. La configuration de l'extrémité pilote 14 est telle que des quadrants opposés de l'organe d'assemblage contien- contiennent les portées 20, 22 et d'autres quadrants opposés les cannelures 16, 18, qui sont identiques en dimension dans toute section droite de l'organe d'as- semblage 10 ou 10A, et toute description de l'inven- tion qui peut être faite à propos de la rainure 16 et de la portée 20 sera identiquement applicable à la rainure 18 et à la portée 22. Sur les Fig. 7 et 8, la portée 20 et la rai- nure 16 sont représentées avec des rayons respectifs RL et RF définissant des surfaces qui se rejoignent dans une surface 28 ayant un rayon RS, qui est plus petit que le rayon de la portée 20 ou de la rainure 16: De cette façon, la totalité de la surface de l'extré- mité 14, sur à peu près toute la longueur de l'extré- mité pilote, ne présente pas d'autres angles vifs que les arêtes tranchantes 24 et 26. Une pointe de perça- ge 30 est formée à l'extrémité distale de l'extrémité pilote 14, au niveau de la dimension maximum de long du plan X-X des arêtes tranchantes 24, 26. Les arêtes tranchantes 24 et 26 s'étendent de la pointe de coupe vers la tête 11 de l'organe d'assemblage en se di- rigeant vers l'intérieur, vers l'axe de rotation de l'organe d'assemblage, avec une pente e, qui est généralement de l'ordre de 1 degré, selon l'applica- tion. En se reportant à la Fig. 3, on verra que la dimension de l'extrémité pilote 14, le long du petit axe comporte également un angle d'amincissement 4, qui est de l'ordre de quatre degrés (4 ), et dans le sens inverse de celui des arêtes tranchantes de l'extrémité pilote, ce qui l'incline vers l'axe de rotation de l'organe d'assemblage, de la tige filetée vers la pointe de perçage 30. -7 On se reportera maintenant aux Figs. 3, 4 et 5, sur lesquelles la pointe de perçage 30 est représen- tée en détail. La pointe de perçage 30 comprend deux surfaces planes à peu près plates 32 et 34 qui vont de la partie la plus large de l'extrémité pilote 14 jusqu'à un point adjacent à l'intersection des axes X et Y de l'organe d'assemblage et sont inclinées d'un anglett sur l'axe X, comme représenté le plus clairement sur la Fig. 5. Chacune des surfaces planes 32 et 34 se termine par une arête tranchante radiale 36 ou 38 et ces deux surfaces sont reliées par une arête tranchan- te de pointe rectiligne 40 qui coupe l'axe de rotation de l'organe d'assemblage. En fonctionnement, la pointe de perçage 30 assure la fonction d'amorçage de l'opération de per- çage, lorsqu'on fait tourner l'arête tranchante de per- çage 40 dans la matière et les arêtes tranchantes ra- diales 36, 38 assurent leur fonction de perçage dans le métal, tout-à-fait de la même façon qu'une perceuse. Toutefois, la transition à partir de cette opération se produit entre les surfaces planes plates 32, 34 qui comporte une transition vers les rainures 16 et 18, dans lesquelles les copeaux de métal sont dirigés vers le haut et sortent du trou formé par la pointe de per- gage 30. La matière de forte épaisseur est ensuite at- taquée par les arêtes tranchantes 24 et 26 de l'extré- mité pilote, qui servent à aléser de manière continue la matière de la partie percée, et à diriger les copeaux de matière vers le haut pour les éjecter du trou percé. De cette façon, la combinaison des sur- faces a pour résultat de produire un organe d'assembla- ge ayant une extrémité pilote 14 qui est efficace et d'un bon rendement pour le perçage des matières de forte épaisseur, bien qu'elle puisse être utilisée sur une large gamme d'épaisseurs de matière. En outre, on a constaté qu'en plus de sa capa- cité de travail dans les applications o l'on utilise des matériaux métalliques de forte épaisseur, la confi- guration décrite est extrêmement efficace dans les ap- plications des blocs en ciment ou en béton de laitier. En ce qui concerne la fabrication, on remar- quera sur les coupes représentées sur les Fig. 6, 7 et 8 que, lors de la fabrication de l'organe d'assem- blage selon l'invention par un procédé de forgeage, si les matrices sont fabriquées de manière à se sépa- rer au niveau des arêtes tranchantes 24 et 26, c'est-à- dire si le plan de joint de ces matrices se trouve sur l'axe X-X de l'organe d'assemblage 10, la totalité de la cavité de matrice peut être construite sans aucune indentation à angle vif des surfaces, ce qui élimine les zones de contrainte dans les matrices de forgeage. Ceci est un facteur extrêmement important dans la fa- brication des organes d'assemblage perceurs et tarau- deurs par le procédé de forgeage, en ce sens que la durée utile de la matrice est un facteur économique important dans la fabrication en série de tels orga- nes d'assemblage. Une matrice 48 qui constitue la moitié d'un jeu de matrices utilisé dans la fabrication de l'organe. d'assemblage 10 ou 10A est représenté sur la Fig. 9, o l'on voit qu'une cavité 50 est formée dans la matrice pour forger une pièce ronde de façon à lui donner la configuration désirée lorsque cette pièce est pressée entre les matrices complémentaires. La cavité 50 comporte une surface arquée 116 en saillie vers l'extérieur, destinée à former la rai- nure 16, une surface arquée 120 en saillie vers l'inté- rieur, destinée à former la portée 20, et une surface arquée 128 de plus petit rayon. Avec deux matrices complémentaires ayant la forme de la matrice 48, les arêtes tranchantes 24, 26, 36, 38 et 40 sont toutes formées dans le plan de joint 124 des matrices. Par suite, aucun angle vif ni indentation à angle vif n'est formé dans la cavité 50, et les points de con- traintes sont considérablement réduits dans la matrice 48 et dans la matrice complémentaire qui lui corres- pond (non représentée). On constate donc qu'en réalisant un organe d'assemblage perceur et taraudeur conformément aux prin- cipes de la présente invention, on atteint les diffé- rents buts précités et on obtient un organe d'assembla- ge qui peut être utilisé pour des matières d'épaisseur beaucoup plus grande que cela n'était possible avec les organes d'assemblage de la technique antérieure. L'in- térêt de l'organe d'assemblage est encore augmenté par le fait que la fabrication de l'organe d'assemblage est plus économique que dans la technique antérieure, grâce à l'accroissement de la durée utile des matrices. REVENDICATIONS 1. organe d'assemblage perceur et taraudeur, comprenant une tige filetée (12) et une extrémité pi- lote (14), caractérisé en ce que l'extrémité pilote comporte un grand axe (X-X) qui coupe l'axe de rota- tion de l'organe d'assemblage (10), et un petit axe (Y-Y) qui coupe le grand axe à angle droit sur l'axe de rotation de l'organe d'assemblage et a une longueur plus faible que le grand axe, deux rainures (16, 18) formées dans des quadrants opposés de l'extrémité pilote, qui s'étendent longitudinalement et parallèlement à l'axe de rotation de l'organe d'assemblage, et des por- tées (20, 22) disposées dans des quadrants opposés, et adjacentes aux rainures, les rainures et les portées ayant en section droite-une forme incurvée sur la ma- jeure partie de l'extrémité pilote (14), et la section incurvée de chaque rainure (16 ou 18) et la section incurvée de chaque portée (22 ou 20) se terminant par une intersection située sur le grand axe (X) et formant une arête tranchante pilote (26 ou 24). 2. organe d'assemblage perceur et taraudeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sections droites radiales des portées (20, 22) et les sections droites radiales des rainures (16, 18) sont raccordées par des sections arquées de rayon (RL) nette- ment inférieur à celui (RL ou RF) des portées ou des rainures sur la majeure partie de l'extrémité pilote (14). 3. Organe d'assemblage perceur et taraudeur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacune des arêtes tranchantes (26, 24) se trou- ve dans un plan contenant l'axe de rotation de l'orga- ne d'assemblage. 4. Organe d'assemblage perceur et taraudeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ex- trémité pilote (14) se termine par une pointe de per- çage (30), qui est formée par deux arêtes tranchantes radiales de pointe (36, 38) allant chacune de l'une des arêtes tranchantes (26, 24) de l'extrémité pilote jus- qu'à un point situé à l'extrémité de la pointe, et étant reliées l'une à l'autre-par une arête tranchante trans- versale (40) qui traverse ledit plan. i0 5. Organe d'assemblage perceur et taraudeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pointe de perçage (30) comporte deux surfaces planes (32, 34) allant chacune sensiblement de l'intersection entre l'arête tranchante pilote (26, 24) et une arête tranchante radiale de pointe (36, 38), dans des qua- drants opposés de l'organe d'assemblage, jusqu'à l'a- rête tranchante transversale (40). 6. Organe d'assemblage perceur et taraudeur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'arête tranchante (26 ou 24) est inclinée vers l'intérieur, vers l'axe de rotation dans ledit plan, dans la direction de la tige filetée (12). 7. Organe d'assemblage perceur et taraudeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, ca- ractérisé en ce que-les rainures (16, 18) se prolongent dans au moins un filet de la tige filetée (12). 8. Matrice de forgeage pour former un organe d'assemblage perceur, comportant une cavité (50), caractérisée en ce que la cavité (50) comporte une première surface incurvée (116) qui s'étend radialement vers l'extérieur dans la cavité, et se termine au bord (126) de cette cavité, et une deuxième surface incur- vée (120) s'étendant radialement vers l'intérieur et se terminant au bord opposé (124) de la cavité, cha- cune de ces surfaces s'étendant à peu près sur toute la longueur de la cavité. 9. Matrice de forgeage selon la revendication 8, caractérisée en ce que les première et deuxième surfaces incurvées (116, 120) sont raccordées par une troisième surface incurvée (128) de plus petit rayon que les première et deuxième surfaces incurvées, de sorte que la cavité (50) est pratiquement exempte d'indentations à angle vif sur ses surfaces.