Brevet FR2579507A1 — publié le 19861003

La présente invention concerne le domaine technique des outils de découpe rotatifs et elle vise, plus particulièrement, les outils comportant au moins une arete de coupe disposée à la péri phérie d'un arbre -et destinée à coopérer avec une contrepartie, également rotative, pour assurer le découpage, au moins local, d'une feuille ou bande de matière quelconque défilant en continu entre l'outil de découpe rotatif et sa contrepartie complémentaire. De tels outils de découpe rotatifs sont utilisés dans de nombreuses applications, pour assurer la découpe en continu de patrons successifs correspondant au développé d'un produit quelconque. A cet égard, il doit être considéré que l'invention s'applique à tout outil de découpe rotatif, quelle que soit la nature de la matière première devant être découpée et/ou la forme des patrons à obtenir. Pour assumer la fonction ci-dessus, les outils de découpe rotatifs proposés à ce jour sont tous constitués sous la forme d'un arbre dont les extrémités coopèrent avec deux paliers de support. L'une au moins de ces extremités est accouplée à un organe d'entraînement. L'arbre est réalisé en une seule pièce et comporte, à sa périphérie, une arête de coupe obtenue par usinage. Si de tels outils donnent, en général, satisfaction pour la fonction de découpe, en revanche, ils possèdent des inconvénients importants tenant à leur structure. En effet, quelle que soit la matière à découper, on con çoit que l'arête de coupe doit présenter des caractéristiques de résistance à l'abrasion élevées et pouvoir offrir un fil de coupe résistant et précis. Pour atteindre ces objectifs, il est habituel d'utiliser une matière constitutive noble, telle qu'un acier allié. Comme l'arête de coupe fait partie intégrante de l'arbre, l'exigence ci-dessus doit aussi être retenue pour la constitution de ce dernier dont la réalisation devient, par conséquent, particulièrement onéreuse. Etant donné qu'il est nécessaire, périodiquement, de procéder au réaffûtage de l'arête de coupe, on conçoit que sa hauteur tend à diminuer, de sorte que sa longueur développée subit, progressivement, une réduction non négligeable. Une telle réduction n'est pas compatible avec un principe de découpage en continu, car les découpes pratiquées dans une bande de matière défilant en continu subissent, progressivement, un déplacement relatif qui risque d'être incompatible, très rapidement, avec des opérations ultérieures de fabrication en continu. De tels outils sont donc, généralement, rebutés après un nombre restreint de réaffûtages. Compte tenu de la nécessité de les réaliser, comme dit ci-dessus, entièrement en une matière noble, un rebutage rapide vient encore accroître le coût d'exploitation de tels outils. Etant donné que de tels outils de coupe sont réalisés de façon intégrale, on conçoit que la conformation, le profil ou la configuration des arêtes de coupe de chacun d'eux ne peut correspondre qu'a un seul type de produits, même si, par exemple, il convient de réaliser la découpe en continu de memes modèles ne différant l'un de l'autre que par une variable dimensionnelle, telle que l'écartement entre deux alignements de découpes discontinues ou non. I1 est, par conséquent, nécessaire de disposer d'autant d'outils de coupe qu'il existe de patrons ou-de découpages à réaliser. Cette exigence représente, encore, un facteur d'accroissement du coût d'exploitation de tels outils. La présente invention vise à remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un nouvel outil de découpe rotatif pouvant être construit à un prix de revient nettement inférieur à celui des outils actuels, tout en possédant une durée de vie ou d'utilisation notablement plus élevée. Un autre but de l'invention est de proposer un outil de découpe rotatif pouvant être adapté en fonction du travail à exécuter, de façon à offrir une plus grande souplesse d'utilisation pour l'exécution de découpes variées. Un objectif supplémentaire de l'invention est de proposer un nouvel outil de découpe rotatif offrant une éventuelle possibilité de réglage de la position relative d'une ou plusieurs arêtes de coupe. Un objectif supplémentaire de l'invention est de proposer un nouvel outil de découpe rotatif pouvant être rapidement et aisément modifié par un personnel non spécialement qualifié, Un objectif supplémentaire de l'objet de l'invention est de proposer un nouvel outil de découpe rotatif offrant une liaison particulièrement ferme et résistante entre un arbre support d'entraînement et un couteau de découpe amovible adapté. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, l'outil de découpe selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend - un arbre expansible sur toute sa longueur utile, - au moins une bague de coupe enfilée sur l'arbre et comportant, en périphérie extérieure, une arête de coupe en matière rapportée, - au moins une bague de roulement associée à la bague de coupe, - et des moyens pour provoquer l'expansion de l'arbre et immobiliser angulairement et axiale ment au moins la bagne de coupe. Diverses autres caractéristiques ressortent de la desx cription faite en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des réalisations de l'invention. La fig. I est une coupe-élévation, en partie arrachée, de l'objet de l'invention. La fig. 2 est une coupe transversale prise selon la ligne II-II de la fig. 1. Les fig. 3 et 4 sont des coupes -transversales partielles, en partie arrachées, illustrant deux variantes de réalisation. La fig. 5 est une coupe transversale partielle illustrant, à plus grande échelle, un détail de réalisation. Les fig. 6 et 7 sont deux coupes-élévations schématiques montrant deux variantes de réalisation de l'organe de découpe. La fig. 8 est une demi-coupe élévation partielle d'un développement de l'invention. La fig. 9 est une coupe transversale selon la ligne IX-IX de la fig. 8. Selon l'exemple de réalisation illustré par les fig. 1 et 2, l'outil de découpe rotatif conforme à l'invention comprend un arbre 1, de type plein, réalisé en une matière première choisie uniquement en fonction des contraintes mécaniques devant être supportées par l'arbre, c'est- -dire des efforts de torsion et de flexion résultant de son entraînement en rotation et d'une éventuelle pression d'application contre une autre partie ou enclume rotative complémentaire. L'arbre I comporte, à partir de ses extrémités transversales, au moins un et, de préférence, deux tourillons 2 destinés à coopérer avec des paliers de support et à permettre une liaison avec un organe d'entraînement par des moyens d'accouplement non repré sentés. t'arbre 1 est réalisé de manière à comporter une paroi périphérique 3 expansible, s'étendant sur toute sa longueur utile, ctest- -dire celle délimitée entre les faces transversales à partir desquelles s'étendent les tourillons coaxiaux 2. Cette paroi périphérique expansible 3 est constituée, comme cela ressort des fig. I et 2, par une enveloppe ou fourrure cylindrique 4 qui est enfilée sur la paroi périphérique de l'arbre 1, de façon à établir, pour des raisons qui ressortent de ce qui suit, au moins deux zones extrêmes d'étanchéité en coopération avec des portées 5 bordant les faces transversales de la partie utile de l'arbre. L'enveloppe ou la fourrure 4 est réalisée en une matière acceptant une certaine faculté de déformation élastique et comporte, dans sa face périphérique extérieure, des gorges 6 exécutées selon une direction axiale en étant équidistantes angulairement. Dans un exemple de réalisation préféré, l'enveloppe 4 est constituée par deux demi-fourrures 41 et 42 enfilées en butée axiale contre un épaulement 7 ménagé dans la partie transversale médiane de l'arbre 1. L'épaulement 7 est obtenu par usinage de la périphérie extérieure de l'arbre 1 et présente deux portées annulaires 8 destinées à coopérer avec les demi-fourrures 41 et 42' en vue de réaliser une étanchéité périphérique extrême, comme celle établie par la coopération avec les portées 5. L'enveloppe ou fourrure expansible 4 constitue un organe de liaison interface capable d'assurer une immobilisation angulaire et axiale entre l'arbre 1 et au moins une bague de coupe 9 enfilée sur ladite enveloppe. Dans l'exemple illustré, la longueur utile de l'arbre 1 porte deux bagues de coupe 91 et 92 de même étendue axiale couvrant toute la longueur utile. il doit être considéré, au sens de l'invention, que la longueur utile de l'arbre pourrait être occupée par un nombre différent de bagues couvrant tout ou partie de cette longueur utile. Chaque bague de coupe 9 est réalisée en une matière choisie pour offrir des caractéristiques de-résistance mécanique suffisantes pour assurer sa tenue sur l'enveloppe ou fourrure 4. Chaque bague de coupe 9 comporte, à partir de sa périphérie extérieur, au moins une arête de coupe 10 constituée par une matière d'apport choisie pour répondre aux exigences de travail imposées à l'arête de coupe, c'est-à-dire, principalement, la résistance à l'abrasion et la faculté de pouvoir définir un fil précis obtenu par affûtage. L'arête de coupe 10 peut présenter toute configuration ou conformation et se développer de façon continue ou interrompue le long de la périphérie de la bague de coupe 9, selon le travail de découpe devant être exécuté. La fig. 3 montre un exemple de réalisation selon lequel l'arête de découpe 10 est constituée, par apport de couches successives de matières rapportées sur la surface périphérique extérieure de la bague 9. Ces couches sont rapportées pour former un cordon 11 qui est ensuite usiné puis affûté pour présenter une section droite transversale, telle que celle illustrée par la fig. 3. Selon cet exemple de réalisation, il est par exemple avantageux de constituer le cordon Il par l'apport d'une première couche de métal 12 constituant un pied de liaison entre la matière constitutive de la bague de coupe 9 et une ou plusieurs couches 13 d'une matière choisie pour former la partie active de l'arête. La ou les couches 13 peuvent être assurées par apport selon le procédé connu sous le nom de T. I. G. ou par dépôt par plasma. La technique de réalisation de l'arête de coupe 10 par apport de la matière constitutive, permet de limiter, à la masse de l'arête, l'utilisation de la matière noble nécessaire à la fonction de découpe et d'utiliser,pour la réalisation de la bague porteuse 9, une matière première de moindre qualité, offrant ainsi l'avantage de réduire notablement le coût d'un tel élément constitutif. La fig. 4 montre une variante de réalisation selon laquelle l'arête de coupe 10 est constituée par une lame, un filet ou analogue 14, fabriqué selon des techniques conventionnelles. La lame 14 est disposée dans un logement complémentaire 15 ménagé à partir de la face périphérique extérieure de la bague de coupe 9. La lame 14 est immobilisée dans le logement 15 par des moyens de blocage amovible 16, tels que des cales biaises 17 serrées par des vis 18. Chaque cale 17 possède une face transversale inclinée 19 coopérant avec une rampe inclinée complémentaire du logement 15. Le serrage par la vis 18 applique la lame 14 contre un épaulement 21 du logement 15. Le nombre de cales biaises 17 est fonction du travail à exécuter et de la conformation ou de la configuration de l'arête de coupe 10. Les mêmes avantages que ceux fournis par la mise en oeuvre de l'exemple selon la fig. 3 sont attachés à ce mode de réalisation. Pour faire assumer à l'enveloppe 4 la fonction d'interface de liaison entre l'arbre 1 et la ou les bagues 9, des moyens sont prévus pour provoquer son expansion radiale. Ces moyens comprennent, tout d'abord, des chambres d'expansion 22 ménagées, de façon annulaire, à la périphérie extérieure de la partie utile de l'arbre 1. Les chambres d'expansion 22 peuvent posséder une étendue axiale égale ou différente et sont séparées entre elles par des segments 23 résultant de l'usinage des chambres 22 et constituant des portées d'appui pour l'enveloppe ou la fourrure 4. Selon une construction préférée mise en évidence à la fig. 2, les chambres d'expansion successives 22 sont en relation mutuelle par des canaux de communication 24 exécutés selon une direction axiale à la périphérie de la partie utile de l'arbre 1 sur une profondeur sensiblement égale à celle des chambres d'expansion 22. Les moyens pour provoquer l'expansion de l'enveloppe ou de la fourrure 4 comprennent, également, un circuit 25 d'intercommunication entre les chambres d'expansion 22 et une chambre réservoir 26 à volume variable. La chambre 26 est constituée par un puits 27 ménagé axialement, de préférence à partir de l'extrémité de l'un des tourillons 2. Le circuit d1intercommunication 25 comprend un alésage axial 28 pratiqué sur toute la longueur de l'arbre 1 à partir du fond du puits 27 et communiquant avec des conduits radiaux 29 perçés à partir du fond des chambres d'expansion 22. Le puits 27 contient un piston 30 pouvant être commandé en déplacement dans le sens double de la flèche f1 par tout moyen d'entraînement et de commande approprié et, par exemple, par une vis pouvant être montée dans un taraudage présenté par le puits 27.De preférence, la chambre à volume variable 26 est ménagée dans l'un des tourillons 2, alors que dans le second est prévue une chambre 31 associée à un bouchon de fermeture 32. Le bouchon 32 peut être prévu pour permettre le remplissage de l'alésage 28, des conduits 29, de la chambre 26 et des chambres 22 avec un fluide hydraulique. Le bouchon 32 peut, dans certains cas, aussi être constitué par un piston de commande agissant en combinaison avec le piston 30. Bien que cela ne soit pas représenté, des moyens de purge du circuit 25 peuvent être prévus sur l'un et/ou l'autre des pistons ou, encore, de toute autre façon appropriée. Les moyens décrits-ci-dessus sont mis en oeuvre de la façon suivante. Lorsque la ou les bagues 9 sont enfilées sur l'enveloppe ou fourreau 4 et occupent la position requise, le piston 30, ainsi qu'éventuellement le piston 32, sont commandés pour soumettre le fluide hydraulique à une pression qui est transmise aux chambres d'expansion 22. Cette pression agit, selon des directions radiales, sur l'enveloppe ou la fourrure 4 qui est ainsi sollicitée en expansion. L'enveloppe ou la fourrure 4 est ainsi énergiquement plaquée, par accroissement de son diamètre, sur la paroi périphérique interne de la ou des bagues 9 qui sont, de la sorte, immobilisées, tant angulairement qu'axialement dans la position requise. L'outil de coupe peut alors être utilisé de manière conventionnelle. Pour améliorer l'immobilisation angulaire et axiale de la ou des,bagues 9 par l'enveloppe ou la fourrure 4, il est prévu, selon l'invention, de conférer à cette dernière un état de surface extérieure propre à accroître le coefficient de frottement par rapport à la matière constitutive de la ou des bagues 9. A cette fin, comme cela apparait à la fig. 5, chaque plage 33 de la face périphérique extérieure, délimitée par deux gorges successives 6, est pourvue d'un revêtement 34 en céramique. Ce revêtement procure une grande dureté de surface à l'enveloppe et garantit le maintien de la structure ou géométrie d'origine, sans risque d'usure prématurée par le montage et le démontage successif de bagues 9.La technique d'apport du revêtement 34 à base de céramique doit être considérée comme faisant partie de l'enseignement à la disposition de l'homme de l'art. A titre indicatif, untel revêtement peut être constitué à base d'oxyde de chrome, de carbure de tungstène et de cuivre et être déposé par fusion sous plasma gazeux. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'outil de découpe rotatif selon l'invention est constitué à partir d'éléments constitutifs réalisés chacun uniquement pour la fonction qu'il doit assumer. Ceci permet de réduire, de façon très sensible, le coût d'un tel outil, comparativement à celui des outils antérieurs réalisés de façon monobloc et, par conséquent, en une matière choisie uniquement en vue des caractéristiques mécaniques devant être con férées à l'arête de coupe. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait qu'il devient possible d'adapter sur un arbre 1 des bagues de-coupe 9 de caractéristiques différentes, en fonction du travail à executer. Ceci réduit notablement le nombre d'outils devant être: mis à la disposition d'un utilisateur qui peut disposer d'un jeu de bagues aisément et rapidement adaptables. Un autre avantage encore de l'objet de l'invention réside dans le fait que chaque bague 9 porte, au moins une arête de découpe réalisée en un matériau d'apport. il devient ainsi possible et facile de reconstituer une arête de coupe neuve en cas d'usure et de prolonger ainsi la durée effective d'utilisation de la bague. Un avantage supplémentaire de l'objet de l'invention est illustré par les fig. 6 et 7 mettant en évidence, par comparaison avec la fig. 1, que l'arbre 1 peut être équipé d'une ou de plusieurs bagues de coupe 9 pouvant présenter ensemble une longueur axiale cumulée inférieure à la longueur axiale de la partie utile de l'arbre 1. Une faculté de réglage précis en position des arêtes 10 peut ainsi être exploitée. Les fig. 6 et 7 mettent également en évidence une autre disposition constructive de l'invention. Ainsi que cela est connu, des couteaux rotatifs, du type de celui décrit ci-dessus, sont généralement associés à des portées cylindriques d'appui et de roulement 35. Ces portées sont formées à proximité des extrémités transversales de la partie utile.de l'arbre sur une hauteur radiale correspondant, sensiblement, à la hauteur de la ou des arêtes de coupe 10. La fig. 1 montre un exemple d'exécution selon lequel la ou les bagues de coupe 9 forment, par elles-mêmes, les portées de roulement 35. La fig. 6 montre une variante selon laquelle la portée 35 est définie par une bague 36 emmanchée dtr sur la bague de découpe 9. La fig. 7 montre, au contraire, que chaque portée de roulement 35 peut être définie par une bague indépendante 37 enfilée sur l'enveloppe ou la fourrure 4, de façon à être immobilisée par la faculté d'expansion radiale de cette dernière. il convient de noter que la faculté d'expansion radiale de l'enveloppe 4, ainsi que la disposition des chambres 22, con fèrent,par la présence du fluide hydraulique sous pression, une faculté d'amortissement à l'arbre qui peut, le cas échéant, supporter des contraintes de flexion, alternées ou non, n'entraînant pas de conséquences négatives sur la précision de découpe. Les fig. 8 et 9 illustrent un développement selon lequel l'épaulement 7 est mis à profit par sa paroi périphérique extérieure pour le montage de butées 40, par exemple au moyen de vis 41 et pion 42. Ces butées 40 permettent de définir, soit une référence axiale et/ou angulaire pour les bagues 9 directement ou, encore, pour des bagues entretoises 43. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Outil de découpe rotatif, du type comprenant un arbre comportant au moins un tourillon extrême de support et d'entraînement en rotation et au moins une arête de coupe s'élevant à partir de la périphérie de l'arbre pour coopérer avec une contrepartie ou enclume rotative en vue d'assurer avec cette dernière la découpe au moins partielle d'une bande ou feuille de matière défilant en continu entre l'outil et l'enclume, caractérisé en ce qu'il comprend - un arbre (1) expansible sur toute sa longueur utile, - au moins une bague de coupe (9) enfilée sur l'arbre et comportant en périphérie extérieure une arête de coupe (10) en matière rapportée, - au moins une bague de roulement (35) associée à la bague de coupe, - et des moyens (3, 22, 25, 26) pour provoquer l'expansion de l'arbre et immobiliser angulaire ment et axialement au moins la bague de coupe. 2 - Outil de découpe rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague de coupe (9) comporte une arête de coupe (10) formée par affûtage d'un cordon (11) de matière constituée par apport de couches successives à partir de la périphérie extérieure de la bague. 3 - Outil de découpe rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague de coupe (9) comporte une arête de coupe (10) formée par affûtage d'une lame ou analogue (14) maintenue, par des moyens de blocage amovibles (16) dans un logement complémentaire (15) offert par la surface périphérique de la bague. 4 - Outil de découpe rotatif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de blocage amovibles (16) sont des cales biaises (17) immobilisant la lame dans le logement par des vis de serrage (18). 5 - Outil de découpe rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour provoquer l'expansion de l'arbre comprennent - des chambres d'expansion annulaires (22) ménagées à la périphérie de la partie utile de l'arbre (1), - au moins une chambre réservoir (26) à volume variable délimitée dans l'arbre et contenant une réserve de fluide hydraulique, - des moyens (30) pour faire varier le volume de la chambre réservoir, - un circuit (25) interne à l'arbre d'intercommu nications entre les chambres d'expansion et la chambre réservoir, - et au moins une enveloppe ou fourrure (4) ex pansible enfilée avec étanchéité sur la péri phérie extérieure de la partie utile de l'arbre pour recouvrir les chambres d'expansion. 6 - Outil de coupe rotatif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les chambres d'expansion (22) sont ménagées de façon annulaire et sont reliées entre elles par des canaux d'intercdmmunication (24). 7 - Outil de coupe rotatif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre réservoir (26) est constituée par un puits (27) ménagé axialement à partir du tourillon (2) et contenant un piston (30) associé à des moyens d'entraînement en déplacement. 8 - Outil de coupe rotatif selon la revendication 5, caractérisé en ce que circuit d'intercommunication (25) comprend un alésage axial (28) pratiqué dans l'arbre à partir du fond du puits (27) et des conduits radiaux (29) percés à partir du fond des chambres d'expansion (22) pour déboucher dans l'alésage. 9 - Outil de coupe rotatif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'enveloppe ou fourrure (4) expansible comporte des gorges de flexion (6) ménagées selon une direction axiale dans la face périphérique extérieure. 10 - Outil de coupe rotatif selon la revendication 5 ou 9, caractérisé en ce que les plages (33) de la face périphérique extérieure délimitées par deux gorges axiales successives sont pourvues d'un revêtement en céramique (34). 11 - Outil de découpe rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre (1) comporte, dans sa partie médiane transversale, un épaulement (7) formant butée de référence angulaire et/ou axiale pour des bagues (9) ou des bagues entretoise.