Brevet FR2610553A1 — publié le 19880812

La présente invention concerne des forets et plus particulièrement un grain de coupe utilisable en combinaison avec un foret pour maçonnerie comportant une tige rainurée destinée à recevoir le grain et à évacuer les copeaux produits par la rotation du grain de coupe. Il est connu dans l'art antérieur que des grains de coupe pointus sont couramment utilisés en combinaison avec des forets pour maçonnerie o le grain de coupe est inséré dans l'extrémité d'une tige rainurée en hélice, qui est utilisée pour capter et évacuer les copeaux engendrés par la rotation du grain de coupe. La coupe est effectuée au moyen d'une rotation du grain tel que précédemment décrit, dans un sens sélectionné de rotation, grain dans lequel il est créé, dans l'art antérieur, une arête de coupe de chaque côté de l'arête de burinage du grain par l'intersection d'une face frontale du grain, définie en correspondance avec le sens de rotation, et d'une surface extrême avant du grain, définie en correspondance avec le sens de péné- tration, et dans lequel une arête de flanc parallèle à l'axe de pénétration du foret, est établie de chaque côté de la pointe par l'intersection d'une face frontale du grain et d'une face extrême latérale du grain parallèle à l'axe de pénétration du grain, et dans lequel les intersections desdites arêtes de coupe et desdites arêtes de flanc créent des pointes sur le grain de chaque côté du bord de burinage, lesdites pointes constituant l'endroit d'amorçage et de progression la plus rapide de l'écaillage et de l'attrition qui produisent l'usure des arêtes de coupe et des arêtes de flanc pendant la coupe. Des grains de forets de l'art antérieur ayant la configuration décrite ci-dessus sont connus et ont été fabriqués par "Vermont American Corporation " ainsi que par de nombreux autres.-On connait dans l'art antérieur des forets qui comportent un chanfrein de l'arête de coupe dans le but d'augmenter la résistance à un gros écaillage, mais au prix d'une augmentation de la résistance à la pénétration. Pour un spécialiste de ce domaine, le chanfrein précité produit ce qui est appelé un " dégage- ment négatif ". Dans l'art antérieur, il n'existe aucun dispositif qui a utilisé un chanfrein pour produire un dégagement négatif sur un bord de flanc d'un grain de foret pour maçonnerie, comme cela est créé par la présen- te invention. Un exemple d'un grain pour foret de maçonnerie de l'art antérieur est décrit dans le brevet US ne 4 026 327 o est illustré un grain d'un foret rotatif à percussion. Dans le brevet US. ne 4 243 113, un grain de foret un peu semblable à l'agencement créé par la présente invention est représenté, mais sans les bords chanfreinés. D'autres particularités de grains de forets sont décrites dans les brevets US 3 106 972 et 3 555 937 ainsi que dans le brevet britannique 1 062 158 mais aucun d'eux ne représente un foret pour maçonnerie à progression directe. La présente invention concerne des agencements nouveaux, utiles et peu coûteux pour améliorer les caractéristiques de grains de forets pour pierres et maçonnerie et en particulier pour augmenter la durée de service d'un grain de foret utilisé pour percer des trous dans des matériaux cassants et durs tels que de la maçonnerie et de la roche et pour réduire la force nécessaire pour faire avancer le foret. Selon une particularité de la présente inven- tion, on a trouvé que, dans le cas de grains pour forets pour maçonnerie, et en particulier de grains de coupe à configuration plane comportant une pointe et des arêtes de flanc, o les arêtes de coupe sont avancées dans le matériau à couper à mesure que le foret avance, une rupture du grain de coupe est amorcée le plus souvent aux intersections des arêtes de coupe et de flanc. Norma- lement l'usure progresse ensuite le long des arêtes de coupe avant et des arêtes de flanc et provoque un retrait des pointes d'intersection et un arrondi sur les deux arêtes. Une progression du profil d'usure augmente progressivement la force nécessaire pour la pénétration jusqu'à ce que cette force nécessaire soit supérieure à la force disponible. On a trouvé de façon inattendue que des struc- tures rentrant dans le cadre de la présente invention font en sorte que l'usure se produisant aux intersections des arêtes de coupe et des arêtes de flanc respectives est éloignée desdites intersections de telle sorte qu'il en résulte une usure plus uniforme sur une plus grande longueur d'arêtes ainsi qu'une géométrie qui permet d'augmenter la résistance structurale à l'écaillage et aux grosses fractures. Des agencements rentrant dans le cadre de la présente invention permettent en outre d'obtenir des grains de coupe comportant des arêtes de flanc renforcées qui se sont avérées augmenter fortement et de façon inatten- due la durée de service des grains de coupe. En outre on a trouvé de façon inattendue que, par chanfreinage des arêtes de flanc, l'efficacité du grain de coupe était améliorée lors d'un forage de maçonnerie et de pierre. En résumé, la présente invention permet d'obtenir un grain de coupe qui est supporté par un foret de manière à tourner dans un premier s e n s et à être utilisé pour le forage de trous dans, par exemple, de la maçonne- rie et de la roche, le grain étant plan et comprenant conventionnellement une pointe définie par l'intersection d'une première et d'une seconde surface, et comportant également des surfaces avant et de flanc placées sur des côtés opposés de ladite pointe afin de définir deux coins respectivement situés aux intersections de bords avant desdites surfaces, grain caractérisé en ce qu'au moins un des bords avant, en considérant le sens de rota- tion du foret, dudit grain est chanfreiné le long de l'intersection desdites surfaces avant et de flanc de façon à créer des doubles intersections adjacentes à la partie la plus avancée du grain. Selon des caractéristiques additionnelles du grain de coupe selon l'invention: - ladite surface chanfreinée est orientée d'un angle compris entre 7,5 et 70 par rapport auxdites surfaces opposées; - ladite surface chanfreinée est orientée à par rapport à ladite surface opposée; - parmi les deux pointes les plus avancées créées par les doubles intersections précitées, la pointe créée par l'intersection du chanfrein et de la surface de flanc est située entre 1/5 et 3/4 de la distance entre lesdites faces opposées; - ladite pointe la plus avancée qui est créée par l'intersection du chanfrein et de la surface de flanc est espacée au moins de 0,25 mm de la face avant en direction de sa face opposée; - ledit chanfreinage permet d'obtenir une surface s'étendant seulement sur une partie de la lon- gueur dudit flanc; - ledit chanfreinage permet d'obtenir une surface triangulaire inclinée par rapport à l'axe de rotation du foret; - seulement un desdits bords avant, en consi- dérant le sens de rotation, est chanfreins; - plus d'un desdits bords avant, en considérant le sens de rotation, est chanfreiné; - lesdits chanfreins ne sont pas égaux; - lesdits chanfreins sont égaux. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un exemple d'un grain de coupe conforme à la présente invention qui est placé dans la tige d'un foret la figure 2 est une vue en plan d'un grain de coupe de l'art antérieur; la figure 3 est une vue en élévation du grain de coupe représenté sur la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe faite selon un plan 1,> passant par la ligne IV-IV de la figure 3 la figure 5 est une vue en coupe faite selon un plan passant par la ligne V-V de la figure 3; les figures 6A-6B sont des vues en plan d'autres grains de coupe de l'art antérieur; la figure 7 est une vue en perspective d'un autre exemple d'un grain de coupe de l'art antérieur les figures 8A et 8B sont respectivement une vue en plan et une vue en élévation d'un exemple d'un grain de coupe agencé conformément à la présente invention les figures.9A et 9B sont respectivement des vues en plan d'un autre grain de coupe agencé conformément à la présente invention; et la figure 10 est une représentation graphique donnant la comparaison entre les caractéristiques de grains de forets rentrant dans le cadre de la présente invention et de grains de forets de l'art antérieur. En référence d'abord à la figure 1, celle-ci représente en vue en perspective un grain de coupe rentrant dans le cadre de la présente invention et placé sur une tige de foret, comme cela est généralement bien connu dans l'art antérieur. Sur la figure 1, un grain 1, dans ce cas un grain rentrant dans le cadre de la présente invention comme décrit dans la suite, est disposé dans une tige rainurée 26 d'un foret et peut être constitué par exemple de carbure de tungstène. Des rainures 27 sont réalisées en hélice dans la tige 26 et sont prévues pour l'évacuation de copeaux produits par les arêtes de coupe du grain 1 à mesure que la tige de foret 26 tourne tout en étant poussée par une force d'avancement F dans le matériau en train d'être foré. Les figures 2 à 6B illustrent des grains de forets qui sont connus dans l'art antérieur. La figure 2 est une vue en plan d'un exemple d'un grain de coupe de l'art antérieur et la figure 3 est une vue en élévation du même grain, qui est un solide défini par sept surfaces. Les surfaces 5A et 7A sont disposées symétriquement de chaque côté d'un axe de rotation du grain de telle sorte que l'intersection crée une arête de burinage 3 o les surfaces SA, 7A se coupent selon un angle inférieur à '. De façon analogue, l'intersection de la surface 5A avec la surface 4 définit une arête de coupe 5 tandis que l'intersection de la surface 7A avec la surface 4 définit une arête de coupe 7. Dans l'agencement représenté sur les figures 2 et 3, les surfaces 5A et 7A s'étendent entre les surfaces 4 et 5 selon un angle B, par exemple de 15 à 30e comme illustré sur les figures 4 et 5, afin de créer en arrière des arêtes de coupe 5 et 7 les dépouilles définies par l'intersection des surfaces 5A, 7A et des surfaces latérales 6, 4 respectivement comme indiqué. Dans l'agencement de l'art antérieur illustré sur les figures 1 et 2, il est prévu des surfaces de flanc lOA et 11A qui peuvent être planes comme indiqué sur la figure 2 tandis que des arêtes de flanc 10 et 11 sont créées par l'intersection respectivement des surfaces lOA, 11A et des surfaces 6 et 4. Les surfaces lOA et 11A peuvent être orientées d'un angle C par rapport aux surfaces 6 et 4 de façon à créer une dépouille en arrière des pointes de flanc 10 et 11, comme indiqué. Il est évident que les prolongements des arêtes 7- de coupe 5 et 7 se terminent à leurs intersections avec les arêtes de flanc 10 et 11 de façon à créer des pointes 13 et 14. Dans le cas d'un grain ou outil de forage neuf et ne comportant aucune usure, l'action de coupe est effectuée par les arêtes de coupe 5 et 7 et le diamètre du trou est déterminé par la distance entre les pointes 13 et 14, les arêtes de flanc 10 et 11 suivant simplement les pointes 13 et 14. Le grain de coupe est constitué d'un matériau dur, par exemple un agglomérat de petites particules dures liées ensemble de façon appropriée, par exemple du carbure cémenté qui est couramment utilisé. Un examen de la structure fine dans les pointes 13 et 14 a permis de se rendre compte que la particule dure se trouvant complètement à l'extérieur dans chaque pointe est liée au corps du grain sur une étendue de sa surface qui est moindre que celle des particules immédia- tement adjacentes et que la proportion de liaison de la particule avec le corps du grain est une fonction directe de l'angle solide délimité par les surfaces 7A, 6, 1OA, et de façon analogue par les suaces 5A, 4, 11A. Par exemple, comme indiqué sur la figure 7, la particule 15 dont la pointe 14 définit un coin est liée au corps du grain par trois (3) surfaces alors que la particule 16 est liée par quatre (4) surfaces. Il est évident que la particule 15 se trouvant à la pointe 14 sera plus aisément délogée. Les particules 15 et 16 peuvent représenter des particules dures individuelles ou bien elles peuvent représenter un agrégat de particules. Pendant l'usure, à la fois des particules individuelles et des agrégats de particules sont délogés. Le fait qu'une particule indivi- duelle ou bien un agrégat de particules soit délogé dans un évènement spécifique est fonction d'une multiplicité de conditions et d'évènements, notamment des forces constantes, des forces d'impact, du sens des forces, des défauts d'homogénéité dans la matière en train d'être coupée, des défauts d'homogénéité dans le matériau du grain de coupe, des dimensions et dela dureté descopeaux enlevés de la pièce par rapport aux dimensions et à la dureté des particules dures et à l'épaisseur et à la dureté de la matière de liaison intervenant dans le grain de coupe. Quelle que soit la combinaison précise des phénomènes d'usure, l'usure résultante est amorcée sur les pointes 13 et 14 et progresse ensuite. Finalement, les arêtes de coupe 5 et 7 sont émoussées et les arêtes de flanc 10 et 11 sont aplaties de sorte que le grain de coupe prend une forme de coin quand il est vu en élévation. Ces modifications provoquent une augmentation de la poussée nécessaire pour faire pénétrer le foret dans la pièce, jusqu'à ce que l'utilisation du grain de forage devienne impossible en pratique. Selon une particularité de la présente invention, on a trouvé de façon inattendue que la résistance physique des arêtes de coupe 5 et 7 à leurs extrémités a une grande influence sur le processus d'usure totale et qu'un renforcement des parties extrêmes des arêtes de coupe 5 et 7 augmente sensiblement la durée de service du grain et du foret. D'autres configurations connues de grains de l'art antérieur sont également représentées sur les figures 6A et 6B. Sur la figure 6A, les surfaces de flanc sont composées de deux surfaces demi-circulaires 17 et 18 ayant un diamètre D2 égal au diamètre du trou à forer lorsque le foret est entrainé en rotation dans le sens F, de sorte que l'arête de flanc du grain de forage est congruente avec la surface de révolution engendrée par la rotation du foret. Les surfaces chanfreinées 19 et 20 sont disposées angulairement de telle sorte que leurs bords arrière soient écartés de la surface de révolution. La figure 6B représente un agencement dans lequel des surfaces de flanc demi-circulaires 21, 22 sont prévues avec un diamètre D2 qui est égal au diamètre du grain de forage de sorte que les surfaces totales de flancs sont congruentes avec la surface de révolution du grain. En référence maintenant à la figure 1 qui représente un ensemble utilisant un grain de foret rentrant dans le cadre de la présente invention et représenté à échelle agrandie sur les figures 8A, 8B, une caractéristique principale des grains de coupe rentrant dans le cadre de la présente invention consiste, comme indiqué sur les figures 8A, 8B, en ce que les arêtes de flanc lOA et 11A, représentées sur la figure 2, et les surfaces 17 et 18, représentées sur la figure 6A, ainsi que les surfaces 21, 22 représentées sur la figure 6B, sont remplacées par des surfaces de flanc 43, 44. Selon une particularité essentielle de la présen- te invention, les surfaces de flanc lOA, 11A de l'exemple de l'art antérieur représenté sur la figure 3 sont modi- fiées par des chanfreins 43 et 44, comme indiqué, afin de créer de nouvelles arêtes 46, 47 et de nouveaux bords 52 et 53 ainsi qu'un nouvel ensemble de pointes de coupe 57, 58, 59 et 60, comme indiqué sur les figures o des pointes correspondant à celles qui sont désignées par 59, 60 ne sont pas prévues par l'art antérieur. De façon analogue, les angles solides comportant des sommets indiqués en 57, 58, 59, 60 sont plus grands que ceux comportant les sommets indiqués en 13 ou 14 pour l'exemple de l'art antérieur et ils sont liés avec le corps du grain de coupe sur une plus grande proportion de leurs surfaces que ne le sont les éléments extrêmes correspondant aux pointes 13 et 14 dans le grain de coupe représenté sur les figures 2 et 3. On a trouvé que ce changement de géométrie permettait d'obtenir des structu- res physiquement plus robustes dans les endroits soumis à une usure maximale sous l'effet d'un écaillage sous une forme macro- ou microscopique. Une autre conséquence de renforcement résultant de l'invention est imputable à la modification de l'angle d'attaque des arêtes de coupe 63 et 64, en opposition à 26 1 0 553 1 0 celui des arêtes 5 et 7 des figures 2 et 3. Des agencements rentrant également dans le cadre de la présente invention sont aussi représentés sur les figures 9A et 9B. Sur la figure 9A, il est prévu un grain de coupe comportant des surfaces latérales 70 et 71 pourvues d'arêtes de flanc 72, 73 qui ont un diamètre D3 correspondant au diamètre du foret. Des chanfreins 74, 75 formés selon des angles F et G permettent d'exploi- ter les avantages de la présente invention en définissant des pointes de coupe 76-81 qui sont semblables aux pointes de coupe indiquées sur les figures 8A, 8B. La figure 9B montre un autre agencement possible rentrant dans le cadre de la présente invention et selon lequel des bords latéraux 92, 93 sont prévus en même temps que des bords de flanc demi-circulaires 82, 83 ayant un diamètre D4 égal au diamètre du foret, et dans lequel les bords sont chanfreinés en 84, 85 avec un profil en forme d'arc, la longueur du chanfrein étant inférieure à la longueur totale du bord de flanc de façon à définir des pointes 86-91. En général, les surfaces de chanfreins rentrant dans le cadre de la présente invention et qui définissent les faces et les pointes du grain de coupe peuvent être symétriques par rapport au centre de rotation ou bien elles peuvent être non symétriques; elles peuvent s'éten- dre sur toute la longueur des flancs ou bien seulement sur une partie de la longueur des flancs, comme indiqué, ou bien elles peuvent être inclinées par rapport à l'axe de rotation du foret de manière à créer une surface de chanfrein triangulaire. Les chanfreins peuvent être prévus dans une conception du grain de coupe dans laquelle les flancs sont disposés de façon à créer une dépouille par rapport à la surface cylindrique de rotation du foret, ou bien dans une conception de grain de coupe dans laquelle les flancs coïncident avec la surface cylindrique de rotation du foret, ou bien dans une conception du grain de coupe dans laquelle les flancs correspondent à une combinaison de dépouille et de coincidence par rapport à la surface de rotation du foret. Des grains de coupe pour forets possédant les particularités rentrant dans le cadre de la présente invention ont été testés par comparaison à des grains de coupe de différentes configurations de l'art antérieur, mais uniformément dépourvus des bords avant chanfreinés des surfaces de flanc qui sont prévus dans les grains rentrant dans le cadre de la présente invention, comme cela a été décrit ci-dessus. Les forets comportant des grains en carbure cémentés et ayant des configurations rentrant dans le cadre de la présente invention ont été comparés avec les forets fabriqués par d'autres fabricants et comportant une configuration de grain un peu semblable mais ne possédant en aucun cas les pointes additionnelles qui ont été décrites ci-dessus. En résultat des tests effectués, on a conclu qu'on obtenait une amélioration lorsque l'angle était augmenté à partir de 7,5 et que la profondeur du chanfrein pouvait être comprise entre 1/5 et 3/4 de la profondeur du grain, en étant de préférence d'environ 1/3. Des tests ont été effectués avec trois matériaux, notamment du béton coulé sous pression avec des agrégats broyés, du béton contenant des agrégats formés de gravier, ainsi que du granite, pour différentes forces d'avance- ment. On a trouvé que des grains de coupe conformes à la présente invention permettaient d'obtenir des résultats supérieurs mis en évidence par un taux supérieur de dimi- nution de la vitesse de pénétration par rapport à celle de forets de comparaison et on a constaté que la vitesse d'usure diminuait, avec pour résultat une amélioration sensible de la durée de service du foret, tous ces résultats étant mis en évidence sur la figure 10 qui montre la comparaison entre la vitesse de pénétration d'un grain de forage en relation avec la profondeur totale des trous forés. La supériorité des grains de coupe rentrant dans le cadre de la présente invention est clairement illustrée. Bien que toutes les raisons de la supériorité des grains de coupe rentrant dans le cadre de la présente invention ne soient pas parfaitement comprises, on estime qu'au moins une partie de l'amélioration résulte du fait que les forces de coupe sont réparties entre plusieurs pointes qui, grâce à leur configuration, sont plus robus- tes comme précédemment décrit. Une certaine amélioration résulte également du fait que les arêtes de coupe sont O orientées de façon à diriger les forces de coupe vers l'intérieur du corps du grain et non tangentiellement à l'arc de la trajectoire de coupe comme c'est le cas avec les grains de l'art antérieur. En outre, par cette modifi- cation de direction des forces de coupe, la résistance des arêtes de coupe est grandement améliorée. Une certaine amélioration peut aussi être obtenue du fait que les longueurs totales des arêtes de coupe sont augmentées, ce qui réduit la force de coupe par unité de longueur des arêtes de coupe. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation cidessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Grain pour foret utilisable pour forer de la maçonnerie et de la pierre et du type comprenant conventionnellement une pointe définie par l'intersection d'une première et d'une seconde surface, et comportant également des surfaces avant et de flanc placées sur des côtés opposés de ladite pointe afin de définir deux coins respectivement situés à l'intersection des bords avant desdites surfaces, grain (1) caractérisé en ce qu'au moins un des bords avant, en considérant le sens de rotation du foret, dudit grain est chanfreiné le long de l'intersection desdites surfaces avant et de flanc ( 43, 44) de façon à créer des doubles intersections (46, 47, 52, 53) adjacentes à la partie la plus avancée du grain (1). 2. Grain de coupe pour foret selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que ladite surface chanfreinée (43, 44) est orientée d'un angle compris entre 7,5 degrés et 70 degrés par rapport auxdites surfaces opposées. 3. Grain de coupe pour foret selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que ladite surface chanfreinée (43, 44) est orientée à 45 degrés par rapport à ladite surface opposée. 4. Grain de coupe pour foret selon la revendication 1, caractérisé en ce que, parmi les deux pointes (59,60) les plus avancées créées par les doubles intersections précitées, la pointe (59) créée par l'intersection du chanfrein et de la surface de flanc est située entre 1/5 et 3/4 de la distan- ce entre lesdites faces opposées. 5. Grain de coupe pour foret selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite pointe la plus avancée (59,60) qui est créée par l'intersection du chanfrein et de la surface de flanc est espacée au moins de 0,25 mm de la face avant en direction de sa face opposée. 6. Grain de coupe pour foret selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit chanfreinage (43, 44; 74, 75) permet d'obtenir une surface s'étendant seulement sur une partie de la longueur dudit flanc. 7. Grain de coupe pour foret selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit chanfreinage (43, 44 74, 75) permet d'obtenir une surface triangulaire inclinée par rapport à l'axe de rotation du foret. 8. Grain de coupe pour foret selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que seulement un desdits bords avant, en considérant le sens de rotation, est chanfreiné. 9. Grain de coupe pour foret selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que plus d'un desdits bords avant, en considérant le sens de rotation, est chanfreiné. 10. Grain de coupe pour foret selon la revendica- tion 9, caractérisé en ce que lesdits chanfreins (43, 44 74, 75) ne sont pas égaux. 11. Grain de coupe pour foret selon la revendica- tion 9, caractérisé en ce que lesdits chanfreins sont égaux. 12. Foret, notamment pour maçonnerie et roche, équipé d'un grain de coupe selon une quelconque des reven- dications 1 à 11.