Brevet FR2606069A1 — publié le 19880506

La présente invention concerne un outil de forage perfectionné La présente invention se rapporte à un outil de forage monobloc muni de taillants en diamant polycristallin ,rapportés sur le corps de l'outil , et servant d'éléments de coupe. La présente invention se rapporte particulièrement à la famille des outils à taillants polycristallins dont les taillants sont alignes suivant des plages radiales étroites formant des lames de forme arrondie qui séparent l'outil en différents secteurs. Ces outils sont utilisés pour le forage des roches tendres à moyennement-tendres , plastiques ou friables Par le passé ,les performances de tels outils ont été améliorées en utilisant des jets de fluide qui frappent le front de taille dans chacun des secteurs évidés entre les lames de taillants zone le rôle du fluide étant de refroidir l'outil et de nettoyer le front de taille en évacuant les déblais vers l'espace annulaire entre l'outil et le trou foré Suivant les modes de réalisation utilisés jusqu'à présent ,les jets de fluide prennent naissance dans le corps de l'outil et projettent le fluide à peu prés perpendiculairement au front de taille , dans le secteur ,en creux , situé entre deux lames .Les jets de fluide provoquent une turbulence dans cet espace ( entre les lames ) dans le but de créer un balayage hydraulique qui entraine les déblais hors de l'outil Dans certains modes de réalisation de ce type d'outils, les jets sont orientés en formant un angle différent avec 1' axe de l'outil dans chacun des secteurs compris entre deux laines, afin de provoquer une turbulence à différents niveaux dans les différents secteurs de l'outil. Suivant les modes de réalisation actuels , les jets sortent de l'outil dans une direction sensiblement perpendiculaire à la surface du corps de l'outil ,et ,les axes des jets sont orientés vers le milieu du secteur compris entre deux lames consécutives suivant une trajectoire légèrement divergente du plan des laines. I1 s'avère que dans de nombreuses applications ,notamment pour le forage des argiles collantes , la disposition des jets suivant les modes de réalisation actuelle ne permet pas un bon nettoyage des lames sur toute leur longueur , ce qui entraîne un encrassage de l'outil I1 s'avère également que dans la plupart des réalisations actuelles les jets sont trop rapprochés du front de taille , ce qui ne permet pas de bénéficier du meilleur effet de balayage . En effet , une turbulence trop localisée entraine des mouvements de fluide å contre-courant qui piègent les déblais dans certaines parties de l'outil Le but essentiel de la présente invention est de proposer un outil de forage du type indiqué ci-dessus mais ne présentant pas les inconvénients de bourrage et d'encrassement des outils antérieurement conçus Plus précisément , la présente invention fournit un outil grâce auquel les jets de fluide sont orientés de façon à offrir un meilleur balayage des lames de taillants .En outre, la forme de l'outil dans la zone située entre les lames permet un meilleur drainage du fluide sans créer de piège pour les déblais La forme de l'outil entre les lames permet d'éloigner les jets du front de taille ce qui leur donne une plus grande zone d'efficacité et leur permet d'accroitre l'effet d'impact sur le front de taille Le premier objet de l'invention est d'améliorer l'efficacité hydraulique des outils de conception décrite ci-dessus par une meilleure présentation des jets de fluide par rapport aux lames de taillants efficacité qui permet de conserver toutes les qualités de coupe des taillants pendant plus longtemps, et par voie de consequence, d'obtenir une meilleure penétration dans les terrains qui ont tendance à colmater ou à user prématurément les autres outils. Un second objet de l'invention est de faciliter la fabrication des outils de conception décrite ci-dessus par la réalisation d'un nombre réduit d'opérations d'usinage simples telles que fraisage de surfaces planes ou cylindriques , opérations qui peuvent être réalisées , soit par taillage de l'outil lui-même lorsque chaque outil est usiné dans la masse , soit lors du fraisage du moule lorsque les outils sont fabriques par fonderie L'invention pqurra être bien comprise à la lecture de la description d'un mode particulier , mais non limitatif , de réalisation illustré par les figures annexes suivantes: La figure 1 illustre , vue en perspective , l'outil selon l'invention, la figure 1 bis illustre une variante, Les figures 2 et 3 montrent l'outil de face, c'est à dire suivant une vue frontale de la face d'attaque, pour deux modes de réalisation possibles; un outil à trois lames, et un outil à cinq lames, La figure 4 montre une vue latérale en partie vue extérieure, en partie en coupe Les figures 5 et 6 montrent une variante de l'invention dans la forme frontale ainsi que dans le nombre et la disposition des jets. L'outil représenté sur les figures se présente comme un corps ou support (1) en acier ou en alliage de fonderie à base de poudres de carbure de tungstène Des lames (2) de profil arrondi émergent de la masse du corps de l'outil . Toutes les lames , de forme identique , engendrent une même surface de revolution lors de la rotation de l'outil sur son axe . Une seule lame se prolonge sur la partie frontale, jusqu'à l'axe de l'outil. Les autres lames ne sont pas jointives , elles s'arrètent avant l'axe laissant un passage dans la partie centrale pour la circulation de fluide entre les lames. Les lames sont munies de taillants en diamant polycristallin (3) cylindriques rapportés dans des logements (4) de même forme que le support de taillant . Les taillants sont encastrés dans la lame de façon à présenter un bord d'attaque qui se trouve pratiquement dans le plan de la lame . Dans une variante de l'invention les taillants peuvent aussi être légèrement inclinés de façon à présenter un léger angle de dépouille compris entre 5 et 10 degrés Dans le secteur compris entre deux lames consécutives , le corps de l'outil est taillé suivant trois faces planes appelées "facettes" (5) (6) et (7). L'une des facettes () est frontale, elle est taillée perpendiculairement à la lame qui la suit dans le sens de la rotation de l'outil.Les autres facettes (6) et (7) sont latérales, elles forment entre elles une arête (8) qui se trouve sensiblement au milieu du secteur compris entre les lames. Entre les plans, de la facette frontale (5) d'une part, et de la facette latérale (7) située immédiatement en aval d'une lame de taillants d'autre part, se trouve un rebord (9) destiné à faire obstacle au passage du fluide; ce rebord peut être plat ou courbe. Dans une variante de l'invention, illustrée par la figure 1 bis, les facettes latérales (7), situées immédiatement en aval des lames, forment des surfaces convexes destinées à faire obstacle au passage du fluide, et les facettes latérales (6) situées immédiatement en amont des lames forment ou comportent des surfaces concaves destinées a favoriser le passage du fluide. Dans une variante de l'invention les facettes frontales (5) peuvent former un angle (ai aigu avec les lames qui les suivent dans le sens de la rotation de l'outil. Toutes les facettes frontales (5) sont percées d'un ou de plusieurs orifices communiquant avec l'intérieur creux du corps pour la circulation du fluide par des conduits qui servent de logement à des buses (10) , démontables ou non , produisant les jets Dans un mode de réalisation suivant une variante du brevet , les facettes frontales (5) servant de déflecteur , peuvent être doublées en deux sous-facettes frontales formant un angle quelconque , percées chacune pour offrir le passage à un jet par sous-facette (fig.5, 6). Afin de réaliser un balayage efficace des lames , les outils suivant l'invention ont des jets orientés suivant des axes sensiblement parallèles au plan des lames qui suivent les jets dans le sens de rotation de l'outil Le nombre et l'orientation des jets peuvent être différents dans chaque secteur de l'outil. L'axe des jets peut former un angle (ss) compris entre 10 et 60 degrés par rapport à une parallèle à l'axe de l'outil. Pour certaines applications, l'adjonction d'un jet supplémentaire axial au centre de l'outil peut être nécessaire Pour certains modes de réalisation de l'invention, et notamment pour les outils fabriqués en fonderie d'alliages, les jets peuvent être allongés en forme de fentes sensiblement parallèles au plan des lames de taillants. L'extrémité de chaque lame la plus éloignée du centre engendre le diamétre du trou foré . Ces lames s'élargissent, au voisinage de la partie diamétrale , pour se prolonger par des surfaces cylindriques (11) en forme de patins qui servent à maintenir le centrage de l'outil dans le trou . L'ensemble des surfaces (11) forme la jupe de l'outil La jupe de 1' outil peut être revêtue de renforcements anti-usure (12) encastrés ou rapportés à la surface de frottement de la jupe Des surfaces supplémentaires de jupe sont ajoutées dans le prolongement des arêtes (8) A l'extrémité opposée du front de taille , le corps de l'outil se prolonge par une partie cylindrique lisse (13) qui se termine par un filetage (14) servant au vissage de 1' outil sur les tiges REVENDICATIONS 1- Trépan rotatif et monobloc de forage des roches comportant sur la partie d'attaque d'une part, des lames, sensiblement radiales, en saillies par rapport au corps de l'outil, munies de taillants en diamant polycristallin, et d'autre part, des jets de fluide, disposés entre les lames, servant au nettoyage du front de taille, caractérisé en ce que chaque secteur compris entre deux lames consécutives est aménagé suivant des formes ayant pour objet de canaliser l'irrigation le long de la partie active des lames, c'est à dire parallèlement et en amont de celles-ci, à cet effet, des faces sensiblement planes appelées facettes sont taillées dans le corps de l'outil, à cet effet également, les parties non taillées du corps de l'outil font obstacle a l'écoulement dans d'autres directions. 2- L'outil suivant la revendication 1 est caractérisé en ce que l'une des facettes dans chaque secteur, la plus proche du centre, appelée frontale, est taillee perpendiculairement à la lame qui suvt la facette dans le sens de la rotation de l'outil; chacune des facettes frontales sert de support a un jet. 3 - L'outil suivant la revendication 1 est caractérisé en ce que l'une des facettes dans chaque secteur, la plus proche du centre, appelée frontale, forme un angle aigu avec la lame qui suit la facette dans le sens de la rotation de l'outil; chacune des facettes frontales sert de support a un jet. 4 - L'outil suivant l'une quelconque des revendications précedentes est caractérise en ce que entre les facettes frontales et les facettes laterales situées immédiatement en aval des lames se trouve un rebord plat ou courbe destiné à faire obstacle au passage du fluide. 5 - L'outil suivant la revendication 1 est caractérise en ce que le- facettes latérales sont formées par des surfaces convexes en aval des lames, et concaves en amont des lames. 6 - L'outil suivant la revendication 1 est caractérisé en ce que ia facette frontale est remplacée par deux sous-facettes, formant un angle quelconque entre elles, servant chacune de support a un jet. 7 - L'outil suivant l'une quelconque des revendications précedentes est caractérisé en ce que dans chaque secteur compris entre deux lames, les facettes latérales sont scultées de façon à presenter une arete qui se trouve sensiblement au milieu du secteur compris entre les lames, 8 - L'outil suivant la revendication 1 est caractérisé en ce que tous les jets ont leur axe orienté suivant une parallèle au plan de la lame qui suit le jet dans le sens de rotation de l'outil, à l'exception d'un jet central orienté suivant l'axe de l'outil. 9 - L'outil suivant la revendication 1 est caractérisé en ce que l'axe des jets fait un angle compris entre 10 et 60 degrés par rapport à une parallèle à l'axe de l'outil. 10 - L'outil suivant la revendication 1 est caractérisé en ce qu'il comporte des orifices de jets en forme de fentes sensiblement parallèles au plan des lames de taillants.