Brevet FR2583667A1 — publié le 19861226

Foret de perçage pour matériaux d'usinage dif#ficile. La présente invention a pour objet un foret de perçage destiné tout particulièrement au perçage de matériaux d'usinage difficile. Parmi les matériaux difficiles à usiner, qui sont spécialement visés par l'invention, peuvent etre cités des métaux tels que le titane et des alliages métalliques tels que les aciers inoxydables et les alliages à base de nickel, comme par exemple ceux du type "Inconel". A l'heure actuelle, le perçage de tels matériaux s'effectue avec des forets traditionnels réalisés eux-mêmes en une matière de résistance mécanique particulièrement élevee. Cependant, ces forets sont soumis, en cours d'utilisation, à une usure prématurée et doivent être remplacés très souvent, quelquefois même au cours de l'usinage d'une même pièce. Il en résulte par conséquent un certain nombre d'inconvénients qui se traduisent par un ralentissement des cadences d'usinage et, de ce fait, par une augmentation du coût d'usinage. Dans un foret classique, tel qu'utilisé actuellement, notamment pour le perçage de matériaux d'usinage difficile, la tête du foret comprend au moins deux lèvres de coupe qui s'étendent radialement depuis le centre de la tête du foret, situé dans l'axe du foret, jusqu à la périphérie. Habituellement, un tel foret comprend deux lèvres de coupe qui se trouvent diamétralement opposées. Ces lèvres de coupe présentent généralement chacune une arête de coupe s'étendant radialement depuis le centre de la tête du foret jusqu'à sa périphérie , c'est-à-dire sur une longueur correspondant au rayon du foret. Le plus souvent, cette arête de coupe constitue le bord avant ou bord d'attaque d'une première partie, ou dépouille primaire, de la lèvre de coupe, cette dépouille primaire se prolongeant par une seconde partie ou dépouille secondaire. D'autre part, chaque arête de coupe est prolongée vers l'extérieur du foret par un bord de coupe hélicoïdal ou listel≈qui se situe en arrière, par rapport au sens de rotation du foret, d'une gorge de forme nélicoidale. Dans les forets classiques, le centre de la tête du foret se trouve fortement sollicité contre le matériau à percer et ne peut en même temps réaliser la pénétration adéquate dans le matériau, du fait que la partie centrale du foret est entraînée en rotation avec une vitesse linéaire nulle. Il s'ensuit par conséquent une usure prématurée de cette partie centrale, qui conduit aux inconvénients déjà mentionnés précédemment. Le but principal de l'invention est de réaliser un foret de perçage qui permet d'éviter les inconvénients mentionnés plus haut. Un autre but de l'invention est de réaliser un tel foret de perçage dont la partie centrale de la tête présente un affûtage particulier permettant d'améliorer la pénétration duforetdans le matériau à percer, tout particulièrement dans un matériau d'usinage difficile. Le foret de perçage de l'invention, dont la tête comprend au moins deux lèvres de coupe présentant chacune ane arête de coupe, est caractérisé essentiellement par ce fait que lesdites lèvres sont usinées dans leur partie adjacente à l'axe du foret pour former une pointe prismatique dont le sommet se situe dans le prolongement des arêtes de coupe. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'angle de perçage défini par le sommet de la pointe précitée et les arêtesdecoupe est compris entre 145 et 1550, de préférence égal à 1500. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le foret de perçage est du type comprenant deux lèvres de coupe comportant chacune une dépouille primaire s'étendant à partir de l'arête de coupe et une dépouille secondaire raccordée à la dépouille primaire. Conformément à l'invention, la pointe prismatique comprend alors deux faces opposées généralement triangulaires reliées respectivement aux deux dépouilles primaires, ainsi que deux faces opposées généralement trapézoldales reliées respectivement aux deux dépouilles secondaires. De façon avantageuse, les faces triangulaires forment entre elles un angle sensiblement égal à 900 et sont reliées chacune à une des deux dépouilles primaires par une zone en creux. Egalement, les faces trapézoiales forment entre elles un angle aigu et sont reliées chacune à une dépouille secondaire par une zone en creux. Dans la description détaillée qui suit, on se réfère au dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est une vue en élévation d'un foret selon l'invention; - la figure 2 est une vue d'extrémité, à échelle agrandie, de la tête du foret de la figure 1; et - la figure 3 est une vue partielle en perspective de la tête du foret des figures 1 et 2. Le foret 10 représenté sur la figure 1 est réalisé à partir d'un barreau cylindrique formé dans un matériau de résistance mécanique particulièrement élevée, spécialement de carbure de tungstène. D'après les essais entrepris par la Demanderesse, il semble que les meilleures performances soient obtenues avec un carbure de tungstène de nuance K2G. Le foret s'étend sur une longueur totale LT depuis la pointe 12 de la tête du foret jusqu'à l'extrémité 14 de la queue 16 du foret. Ce foret définit une longueur de coupe LC qui s'étend depuis la pointe 12 jusqu'à une région intermédiaire du foret. Le reste de la longueur du foret correspond à la queue 16 définie précédemment. Cette queue est destinée à permettre, de manière en soi connue, le montage du foret dans un mandrin approprié, de préférence dans un mandrin du type "porte-pointe" permettant d'assurer une parfaite concentricité entre l'axe XX du foret et l'axe du mandrin. Le foret présente, dans cet exemple, une conicité arrière de 3%, le diamètre du foret au niveau de sa tête étant supérieur à celui de l'extrémité du foret côté queue. Comme le montrent les figures 1 à 3, la tête du foret comprend deux lèvres de coupe 181 et 182 comportant chacune une dépouille primaire 201 et 202 s'étendant a partir d'une arête de coupe, respectivement 22. et 222 Les arêtes de coupe 221 et 222 sont situées de façon diamétralament opposées par rapport au sommet de la pointe 12 du foret. Ces deux arêtes de coupe définissent un bord d'attaque ou bord tranchant qui pénètre dans le matériau à usiner lorsque le foret est entraîné en rotation par le mandrin qui le supporte. les dépouilles primaires 20. et 202 sont raccordées par des arêtes 241 et 242 à des dépouilles secondaires 261 et 262. Chacune des dépouilles secondaires est située en arrière de la dépouille primaire correspondante, par rapport au sens de rotation du foret, tel qu'indiqué par la flèche F sur la figure 2. Les lèvres 181 et 182 sont usinées dans leur partie adjacente à l'axe XX du foret de manière que la pointe 12 précitée constitue une pointe prismatique dont le sommet se situe dans l'axe XX et dans le prolongement des arêtes de coupe 221 et 222 (figure 1). L'angle de perçage a défini par le sommet de la pointe 12 et les arêtes de coupe 221 et 222 est compris entre 145 et l55#, et de préférence égal à 1500. La partie centrale de la tête du foret est affûtée pour former la pointe prismatique 12 précitée. De ce fait, les arêtes de coupe 221 et 222 sont interrompues et s'étendent seulement sur une partie périphérique du rayon du foret. Plus particulièrement, chacune des arêtes de coupe s'éend radialement sur une longueur 1 voisine de D/4, D représentant la valeur du diamètre du foret. D'après les recherches menées par la Demanderesse, il semble que les meilleurs résultats soient obtenus pour une valeur de 1 sensiblement égale à D/4,66. De façon avantageuse, les dépouilles primaires 201 et 20 font,par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe XX, un angle de 60 + 10. Les dépouilles secondaires 261 et 262 font, par rapport à ce même plan, de préférence un angle égal à environ 30 . La pointe prismatique 12 est affûtée de manière à comprendre deux faces opposées généralement triangulaires 281 et 282 qui sont reliées respectivement aux dépouilles primaires 201 et 202 par l'intermédiaire de zones en creux 301 et 302 qui présentent un faible rayon de courbure, par exemple un rayon de courbure de 0,5 à 0,8 mm pour un diamètre D de l'ordre de 8 min. La pointe prismatique comprend également deux faces opposées généralement trapézoïdales 321 et 322 reliées respectivement aux dépouilles secondaires 261 et 262 par l'intermédiaire de zones en creux 34 et Les faces triangulaires 281 et 282 forment entre elles un angle sensiblement égal à 90 , tandis que les faces trapézoïdales 321 et 322 forment entre elles un angle aigu. Selon une caractéristique particulière de l'invention, la pointe 12 est renforcée pour augmenter sa résistance. Ce renforcement consiste à émousser légèrement cette pointe de manière qu'elle présente non pas un sommet prismatique parfait, mais un plat de forme générale rectangulaire. Le foret 10 comprend en outre deux gorges hélicoldales 361 et 362 qui s'étendent sur toute la longueur LC précitée. Les gorges 361 et 362 sont situées respectivement en avant des arêtes 221 et 222, par rapport au sens de rotation du foret. Le foret comprend, entre deux gorges hélicoïdales 361 et 362. successivement, suivant le sens de rotation du foret, un listel38 respectivement 382, dont la largeur est sensiblement égaie à D/10. Les listels présentent des bords tranchants hélicoïdaux désignés respectivement par 401 et 402. En arrière des listels 38 et 382, par rapport au sens 1 382. par de rotation du foret, sont prévus des dégagements 42 et 422, constitués par des enlèvements de matière s'étendant hélicoidalement à la périphérie de I'enveloppe cylindrique du foret. L'angle d'hélice ss (figure 1) peut être modifié en fonction du type de matériau qu'il convient de percer. généralement, l'angle ss est compris entre 20 et 300 par rapport à l'axe XX du foret, une valeur de 200 étant appropriée au perçage d'alliages du type Inconel, et une valeur de 30' au perçage d'aciers inoxydables ou du titane. L'épaisseur de l'âme du foret, c'est-à-dire de la partie la plus étroite du foret comprise entre les deux gorges 361 et 362 est avantageusement égale à D/2,5. Grâce à l'affûtage particulier de la tête du foret, la pointe 12 assure non seulement un centrage précis du foret dans le matériau à percer, mais aussi elle améliore la pénétration du foret suivant son axe XX. En outre, du fait de la nature particulière de la pointe, la largeur des copeaux se trouve brisée, ce qui facilite l'élimination des copeaux lors du perçage. On se réfère maintenant aux exemples 1 à 3 relatifs à des essais de perçage mis en oeuvre dans différents matériaux au moyen de forets conformes à l'invention. Exemple 1 : usinage de titane TA 6V. On a utilisé une machine d'usinage Toyada équipée d'un foret conforme à l'invention. On a réalisé, avec un même foret, 500 trous de diamètre 5,1 mm à une profondeur de 24 mm avec une vitesse de coupe de 16 mètres par minute et une avance d'un dixième de millimètre par tour. La précision des diamètres était comprise entre 0 et 2/100ème de millimètre et l'écart maximum d'entreaxe a été de 2/100sème de millimètre. Exemple 2 :usinage de l'acier inox Z20 C13. On a utilisé un tour à commande numérique équipé d'un foret selon l'invention. On a réalisé ainsi, avec le même foret, 1200 trous d'un diamètre de 5,05 mm, sur une profondeur de 30 mm, ce qui correspond à 36 m d'usinage, et avec une durée de coupe de 6 h.50, et cela sans réaffutage du foret. Le foret ayant servi à faire ces 1200 trous n'était pas détérioré mais né cessitait tout simplement un affûtage. Le centrage obtenu avec le foret était parfait. La vitesse de coupe était de 31,7 ,ètres par minute et l'avance de 5/100ème de millimè tre par tour. Exemple 3 : usinage de l'Inconel 718, à l'état T (trempé). Dans cet exemple, on a utilisé une machine d'usinage du type Toyada équipée d'un foret conforme à l'invention. On a réalisé, avec un même foret, 211 trous d'un diamètre de 8,5 mm pour une profondeur de 25 mm. La vitesse de coupe était de 12 êtres par minute et l'avance de 8/lOOème de millimètre par tour. La précision des diamètres était de l'crdre da 2/100ème au maximum pour les 120 premiers trous, et d'une valeur de l'ordre de 4 à 8/100ème de millimètre pour les 91 trous suivants. Exemple 4 : usinage d'Inconel 718, à l'état TR (trempé-revenu). En opérant avec le même outillage et les mêmes conditions que dans l'exemple 3, on a pu réaliser 90 trous d'un diamètre de 8,5 mm. A titre de comparaison, on peut noter qu'avec un foret en acier rapide de la meilleure qualité on n'arrive même pas à percer un seul trou dans l'Inconel 718 à l'état TP. Les essais réalisés avec les forets conformes à l'invention montrent que ceux-ci permettent d'améliorer considérablement les conditions de perçage de matériaux d'usinage difficile, par rapport aux conditions de perçage obtenues jusqu'à présent avec des forets de structure classique. Leurs performances de perçage peuvent être encore amé--liorées en jouant sur la nature du lubrifiant utilisé lors des opérations de perçage. Bien que l'invention ait été décrite plus particulièrement en référence à un foret comprenant deux lèvres de coupe, il doit être entendu que l'invention s'applique également à des forets comportant par exemple trois lèvres de coupe. D'autre part, le foret de l'invention peut être non seulement un foret à simple listel comme décrit précédemment, mais aussi un foret à double listel permettant de réliser des perçages étagés. Le foret peut être réalisé aussi bien avec une hélice orientée à droite, comme représenté sur le dessin, qu'avec une hélice orientée à gauche. Le foret de l'invention est utilisable directement sur le matériau à percer, sans qu'il soit nécessaire de réaliser un précentrage avec un outil approprie. Revendications. 1. Foret de perçage, notamment pour matériaux d'usinage difficile, dont la tête comprend au moins deux lèvres de coupe (181, 182) présentant chacune une arête de coupe (221, 222), caractérisé en ce que lesdites lèvres (181, 182) sont usinées dans leur partie adjacente à l'axe XX du foret (10) pour former une pointe prismatique (12) dont le sommet se situe dans le prolongement des arêtes de coupe (221, 222). 2. Foret de perçage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle de perçage (a) défini par le som met de la pointe (12) et les arêtes de coupe (221, 22 2 2 est compris entre 145 et 155 , et de préférence égal à 1500. 3. Foret de perçage selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant deux lèvres de coupe (181, 182) 2#comportant chacune une dépouille primaire (201, 202) s'étendant à partir de l'arête de coupe (221, 222) et une dépouille secondaire (261, 262) raccordée à la dépouille primaire, caractérisé en ce que la pointe prismatique (12) comprend deux faces opposées généralement triangulaires (281, 282) reliées respectivement aux deux dépouilles primaires (201, 202) et deux faces opposées généralement trapézoïdales (321; 322) reliées respectivement aux deux dépouilles secondaires 4. Foret de perçage selon la revendication 3, caracté risé en ce que les faces triangulaires (281, 28 ) for 2 ment entre elles un angle sensiblement égal à 900 et sont reliées chacune à une dépouille primaire (201, 202) par une zone en creux (301, 302). 5. Foret de perçage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les faces trapézoïdales (321, 322) forment entre elles un angle aigu et sont reliées chacune à une dépouille secondaire (261, 262) par une zone en creux (341' 342) 6. Foret de perçage selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les dépouilles primaires-(201, 202) sont inclinées, par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe XX du foret d'un angle égal à 60+ 10 et en ce que les dépouilles secondaires (26il 262) sont inclinées par rapport au même plan suivant un angle d'environ 30 . 7. Foret de perçage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque arête de coupe (221, 222) s'étend radialement sur une longueur voisine de D/4, par exemple égale à D/4,66, D représentant la valeur du diamètre du foret. 8. Foret de perçage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des gorges hélicol- dales (361, 362) dont l'angle d'hélice (ss) par rapport à l'axe XX du foret est compris entre 20 et 300. 9. Foret de perçage selon la revendication 8, caracté -risé en ce qu'il comprend, entre deux gorges hélico1da- les (361, 362) successivement, suivant le sens de rotation du foret, un listel (381, 382) dont la largeur est sensiblement égale à D/10, D représentant la valeur du diamètre du foret. 10. Foret de perçage selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'âme du foret est égale à D/2,5, D représentant le diamètre du foret. 11. Foret de perçage selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est formé à partir de carbure de tungstène de nuance K20.