Brevet FR2620487A1 — publié le 19890317

La présente invention concerne un trépan monobloc rotatif en acier comprenant des éléments de coupe rapportés par encastrement dans le corps de l'outil. Cette invention a trait plus particulièrement à des trépans comportant un abrasif polycristallin thermostable comme materiau de coupe ou d'abrasion. Le diamant polycristallin thermostable est un solide composé de cristaux de diamant synthétique agglomérés par un procédé de frittage qui résiste à des températures de 1100-C. La résistance thermique importante du diamant thermostable preàispose son utilisation au forage des roches consolidées moyennement dures à dures. Les formes usuelles des diamants polycristallins thermostables sont des polyèdres dont les bases sont soit triangulaires soit rectangulaires, et les cotés rectangulaires. I1 faut distinguer le diamant polycristallin thermostabse du diamant polycristallin aggloméré en plaques sur un substrat; ce dernier qui ne résiste que jusqu'à 700'C est utilisé comme taillant pour forage par cisaillement dans les roches tendres. Les diamants polycristallins thermostables sont couramment utilises comme élément de coupe des trépans diamants usuels obtenus par métallurgie des poudres, c' est à dire par infiltration d'alliage entre des grains de carbure de tungstène, qui permet d'obtenir une surface dure qui enchasse les diamants sur les parties actives de l'outil. Le procédé de fabrication par métallurgie des poudres sur des surfaces importantes est onéreux. I1 s'avère qu'il est économiquement plus rentable de fabriquer des trépans en acier et de rapporter les éléments de coupe sur la surface active par un procédé d'assemblage tel que brasage ou emmanchement. On rencontre des difficultés technologiques et des difficultés de conception pour rapporter des diamants thermostables sur des outils en acier. L'outil objet de la présente invention résout ces difficultés et permet d'assembler des taillants contenant des diamants thermostables sur des trépans en acier. Le corps de l'outil suivant la présente invention est constitué par un support en acier de forme presque cylindrique, creux, dont une extrémité se termine par un filetage de liaison avec les tiges de forage, l'autre extrémité, qui constitue la partie frontale, présente, d'une part, des plages radiales en saillie sur lesquelles sont aménagés des logements servant à encastrer des segments frittés contenant des diamants thermostables, d'autre part, des orifices et des canaux en creux pour le passage du fluide de forage servant a l'évacuation des débris de roche. La particularité de l'invention réside, dans la forme spécifique des segments, dans la disposition des diamants thermostables à l'intérieur des segments frittés, et dans le mode d'encastrement des segments. Les segments frittés servant de support au diamant thermostable présentent une arete en saillie formée par l'intersection de deux surfaces planes perpendiculaires, cette arête est disposee tangentiellement à la rotation de l'outil. La forme des segments est allongée avec un.bord d'attaque plan à une extrémité et un bord de fuite arrondi à l'autre extrémiste. Les diamants thermostables sont disposés de façon à présenter une grande aréte en coincidence avec l'arête en saillie du segment fritté. Les segments peuvent présenter un ou plusieurs diamants thermostables alignes sur l'arête d'un même elément de coupe. Pour rendre le segment plus resistant à l'abrasion il est possible d'intégrer, soit en surface soit dans la masse, d'autre diamants naturels ou synthétiques. Les segments diamantés sont encastrés dans des rainures du corps de l'outil de même forme que la base des segments et assembles par brasure. L'invention pourra 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, le trépan selon l'invention, Les figures 2a, et 2b montrent les formes des diamants thermostables utilisés, La figure 3 montre la forme des segments frittés et le mode de sertissage des diamants thermostables, La figure 4 montre la forme des rainures d'encastrement. Le trepan se présente comme un corps ou support (1) en acier relié aux tiges par un filetage comportant, une partie latérale formée de surfaces cylindriques servant au guidage de l'outil, des orifices servant & injecter le fluide de forage sur la partie frontale, des évidements présentant une arête tranchante formee par deux pans qui se coupent & angle droit, cette arête est disposée tangentiellement à la rotation de l'outil, les segments présentent un bord d'attaque tranchant (9) de forme plane et un bord de fuite ayant la forme d'un demi-cône et d'un demi-cylindre, les segments sont brasés dans des rainures aménagées dans le corps de l'outil tangentiellement à la rotation, les rainures sont débouchantes dans les canaux (5) sur le bord d'attaque et non débouchantes sur le bord de fuite de manière à ce que le fonds de rainure puisse servir de support d'encastrement, les segments (12 > sertis de manière à faire coïncider une grande arête tranchante du diamant avec celle du segment, les segments peuvent comporter un ou plusieurs diamants thermostables, d'autre diamants, naturels ou synthetiques, peuvent également être sertis en renforcement dans le segment fritté soit en suface soit dans la masse. Selon une variante le trépan ne détruit pas la partie centrale et se présente sous la forme d'une couronne de carottage. REVENDICATIONS 1 - Trépan rotatif et monobloc de forage constitué d'un corps en acier (1 > présentant à une extrémité un filetage , des surfaces latérales cylindriques (3), et à l'autre extrémité une partie active comportant des orifices d'irrigation (4), et des plages diamantées radiales (6) constituées de segments diamantés frittés (7 > assemblés par brasage sur le corps de l'outil, ces segments, de forme allongée présentent une arête en saillie formee par l'intersection de deux surfaces planes perpendiculaires, caractérisé en ce que, la forme des segments arrondi suivant un demi-cône et un demi-cylindre, l'arête 2 - Outil de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trépan est une couronne de carottage au lieu d'un trepan plein. 3 - Outil de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments frittés peuvent contenir en renfort d'autre diamants, naturels ou synthétiques, sertis aussi bien dans la masse qu'en surface.