Brevet FR2690100A1 — publié le 19931022

La présente invention est relative à un alésoir, c'est-à-dire un outil, destiné à élargir un avant-trou préparé à l'avance, en particulier dans une matière composite. Les alésoirs, en général, présentent une surface latérale cylindrique dans son ensemble, terminée par une face d'attaque qui porte au moins une arête de coupe qui est apte à arracher, de la matière dans laquelle l'alésoir pénètre, un copeau ou des débris. Cette arête de coupe limite une surface de poussée dont la forme est calculée pour faciliter l'évacuation des débris ou du copeau vers une rainure longitudinale, ou plutôt hélicoïdale, prévue dans la surface latérale de l'alésoir, pour les évacuer. I1 arrive, notamment dans le cas de matériaux non homogènes comme les matières composites, que des débris ou des fragments de copeaux, au cours de leur trajet d'évacuation, se coincent entre l'alésoir et la matière avoisinante, dégradent l'état de surface du trou creusé par l'alésoir, et accélèrent l'usure de l'alésoir luimême. D'autre part, l'évacuation du copeau consomme de 1 'énergie, et cela d'autant plus que le trou est profond. La présente invention a pour but de supprimer ou réduire ces inconvénients, et de fournir un alésoir permettant, de façon simple, d'obtenir des trous ayant un excellent état de surface, avec une usure de l'alésoir et une consommation d'énergie réduites. Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un alésoir destiné à élargir un avant-trou préparé à l'avance, cet alésoir présentant une surface latérale cylindrique dans son ensemble, et étant terminé par une face d'attaque qui comporte au moins une arête de coupe dont une extrémité atteint à peu près la surface latérale et dont l'autre extrémité est à une distance de l'axe de l'alésoir inférieure au rayon de l'avant-trou, cet alésoir présentant pour particularité que la surface de poussée constitue un flanc d'une rainure dont le fond est, dans son ensemble, dirigé de façon à passer en arrière, dans le sens de rotation de l'alésoir, d'un plan défini par l'axe de l'alésoir et la direction générale de ce fond, si bien que les copeaux ou débris détachés par l'arête de coupe reçoivent, de la surface de poussée, une impulsion qui comporte une composante dirigée radialement vers l'axe et vers l'avant-trou, afin de diriger lesdits débris ou copeaux vers l'avant-trou par où ils seront évacués. Le résultat de la disposition particulière décrite de la surface de poussée est que le copeau ou les débris séparés de la matière dans laquelle l'alésoir pénètre reçoivent, de la surface de poussée, une poussée qui comprend une composante axiale, résultant de l'avance de l'alésoir, une composante tangentielle, résultant de la rotation, et une composante radiale, qui, du fait de cette disposition, est dirigée vers l'axe de l'alésoir, et qui tend à faire progresser le copeau ou les débris en direction de l'avant-trou. La composante radiale de la poussée est donc à l'opposé de celle qui résulte de la technique antérieure, où on cherche à faire progresser les copeaux et débris en direction de la surface extérieure de l'alésoir, en vue de leur évacuation. La forme et la disposition de la surface de poussée, comme de tout l'alésoir, dépend, évidemment, de la nature de la matière dans laquelle pénètre l'alésoir, ainsi que des paramètres de forage, et de la technique d'usinage de l'alésoir. En particulier, la forme de la rainure peut varier dans certaines limites. Par exemple; son fond peut être rectiligne ou légèrement incurvé, et sa section droite peut être en U ou en V, avec des flancs plans ou courbes. De préférence, elle est en V avec un fond arrondi, la partie à plus forte courbure se trouvant sur une ligne médiane, qui est, de préférence, rectiligne. L'usinage est ainsi plus facile qu'avec d'autres formes. Les copeaux ou débris sont, grâce à la disposition décrite, poussés vers l'avant-trou, et sont donc évacués à travers celui-ci. Il n'y a donc pas de fragments de copeau ou de débris guipassent entre la surface latérale de l'alésoir et la paroi du trou alésé. L'état de surface de cette paroi est en conséquence meilleur que dans la technique antérieure, surtout lorsque le trou est foré dans une matière composite formée de plusieurs composants de dureté différente. L'usure de l'alésoir est réduite pour les mêmes raisons. Le schéma simple qu'on a décrit ci-dessus peut être compliqué par l'effet d'autres forces qui s'exercent sur le copeau ou les débris, comme la force centrifuge, les forces résultant éventuellement de l'écoulement d'un fluide d'évacuation des copeaux et débris, les forces de gravité etc.. Parmi ces forces, la force centrifuge exerce toujours un effet contraire à celui qui est recherché. Si la vitesse de rotation et le diametre de l'alésoir sont tels que l'effet de la force centrifuge ne peut pas être négligé, on prévoira que la position de la surface de poussée est telle que la composante radiale, dirigée vers l'axe, de l'impulsion qu'elle communique aux débris ou copeaux assez forte pour surmonter l'effet opposé de la force centrifuge résultant de la rotation de l'alésoir. Pour tirer profit de la force de gravité, dans le cas où la direction d'avance de l'alésoir est orientée vers le bas, on prévoit de préférence que l'arête de coupe fait avec la direction d'avance de l'alésoir un angle tel que le fond de la partie élargie du trou créée par l'alésoir forme un entonnoir dirigé vers l'avant-trou, si bien que la force de gravité ajoute son effet à celui de la surface de poussée. Avantageusement, dans ce cas, pour un bon écoulement des débris et copeaux, le fond de la rainure fait un angle faible avec la direction de l'arête de coupe. Suivant une autre modalité intéressante, la surface latérale de l'alésoir présente au moins une rainure longitudinale qui se raccorde à ladite rainure dont un flanc constitue la surface de poussée, et des moyens sont prévus pour acheminer jusqu'à ladite rainure longitudinale un fluide d'évacuation destiné à conjuguer sa force avec l'effet de la surface de poussée et entraîner les débris et copeaux vers l'avant-trou. Avantageusement, la rainure longitudinale est limitée par une arête de coupe latérale. Les débris et copeaux formés par cette arête de coupe latérale sont ainsi, eux aussi, entraînés par l'avanttrou grâce, notamment, à 1' "effet de pompe" qui résulte de la forme particulière de la région frontale de l'alésoir. Dans le cas de formation d'un copeau, il est avantageux que la surface de poussée se raccorde à une surface de rainure qui présente, en coupe suivant un plan perpendiculaire à l'arête de coupe, une courbure suffisante pour incurver le copeau et le forcer à prendre la forme d'une spirale de diamètre extérieur inférieur au diamètre de l'avant-trou, afin de faciliter le passage du copeau dans cet avant-trou avec un faible nombre de cassures. L'invention va maintenant être décrite avec plus de précision à l'aide d'un exemple pratique de réalisation, relatif à un alésoir destiné à élargir des trous forés au préalable dans un matériau composite, et illustré à l'aide des dessins parmi lesquels Figure 1 est une vue en perspective, montrant l'alésoir et un copeau détaché par l'arête de coupe. Figure 2A et 2B sont des vues, respectivement selon l'axe et de côté, illustrant la première étape d'un procédé fictif de confection de l'alésoir. Figure 3A et 3B sont des vues analogues mais illustrant la deuxième étape de même procédé fictif. Figure 4A et 4b sont des vues analogues montrant l'extrémité de l'alésoir terminé. Figure 5 est une vue en perspective du même alésoir terminé, et Figure 6 est une coupe axiale partielle, selon la ligne VI-VI de la figure 4A. L'alésoir qu'on va décrite est une pièce de forme complexe, qui ne comporte pas moins de 45 surfaces, limitées par 84 arêtes. Pour le décrire de façon aussi simple que possible, on a imaginé un procédé fictif de confection de l'alésoir, qui fait passer de formes simples à des formes de complication croissante. Il est bien entendu que ce procédé n'est pas un procédé effectif d'usinage, mais un artifice imaginé pour faciliter l'exposé des formes. Dans la pratique, l'usinage peut être fait de façon différente. On part, voir figures 2A, 2B, une tige cylindrique 1 terminée par une face 2 à peu près pyramidale, à six facettes 3, 4. Celles-ci, dans l'exemple décrit, sont légèrement concaves, car formées à la meule, et ne sont pas égales entre elles, trois facettes larges 3 alternant par trois facettes étroites 4. On a désigné par 5 et 6 les arêtes séparant les facettes 3, 4 et par 7 le sommet de la pyramide. XX désigne l'axe de 1'alésoir. Les facettes font avec l'axe XX un angle voisin de 60". Dans une deuxième étape, illustrée par les figures 3A, 3B, on a creusé dans la face terminale 2 trois profondes rainures identiques 8, dont la direction fait un angle A d'environ 60 avec l'axe XX. Ces rainures détruisent une grande partie de la pyramide initiale, enlevant en particulier le sommet, et ne laissant subsister que des fragments périphériques de chaque paire de facettes 3, 4 et de l'une des familles d'arêtes 6 séparant deux facettes, les arêtes 5 de l'autre famille ayant totalement disparu. Sur les figures 3A, 3B, on a représenté en tirets les arêtes et parties d'arête qui ont été enlevées. La section transversale d'une des rainures 8 est montrée par la figure 5, qui est une vue prise selon la direction de cette rainure. On voit qu'elle comporte deux flancs 9, 10 à peu près plans, reliés par un fond arrondi 11. Les deux flancs 9, 10 font entre eux un angle B de 30 environ, et il faut observer que le plan médian de la rainure, symbolisé par la droite YY sur la figure 5, fait un angle de 15 environ avec la direction de l'axe XX. Il en résulte que l'un des flancs 9, est à peu près parallèle à l'axe XX. Son intersection 12 avec la facette 4, ou plutôt ce qui en reste, constitue l'arête de coupe frontale de l'alésoir, et le flanc 9 constitue la surface d'appui. La ligne médiane du fond 11 de la rainure 8, désignée par la ligne ZZ sur les figures 3A, 3B, n'est pas dirigée vers l'axe XX de l'alésoir, la figure 3A montre qu'elle est décalée vers l'arrière, au sens indiqué plus haut. Le flanc 9, qui constitue la surface de poussée, est donc tout entier décalé également vers l'arrière. C'est ici la modalité essentielle de l'invention. En effet, comme on le voit à la figure 3A, la force de poussée F exercée par la surface de poussée 9 comporte, outre une composante périphérique P, une composante radiale R qui est dirigée vers le centre, et dirige donc les copeaux et débris vers le centre, c'est-à-dire vers l'avant-trou 13, représenté en tirets à la figure 1. Le rayon de courbure R du fond 11 de la rainure 8, voir figure 5, est inférieur à celui de l'avant-trou 13. Ainsi, comme on le voit à la figure 1, un copeau 14 s'enroule sur lui-même en une spirale de rayon inférieur à celui de l'avant-trou. Bien entendu, une telle modalité n'est envisageable que si les propriétés du matériau dans lequel l'alésoir pénètre le permettent. On observera en outre, sur la figure 6, que l'arête de coupe 12 fait avec la direction de l'axe XX de l'alésoir un angle aigü A qui est, dans l'exemple décrit, de 49", et que le fond 22 de la rainure 8 fait à peu près le même angle avec la direction de l'axe XX. Il en résulte que, si l'alésage se fait verticalement du haut vers le bas, les arêtes de coupe 12 créent une surface tronconique qui forme un entonnoir qui dirige par gravité les débris vers l'avant-trou, et que le fond de la rainure 8 dirige également les débris vers le bas et vers l'avanttrou. Dans la troisième étape, illustrée par les figures 4A, 4B, on pratique sur la surface latérale de l'alésoir une série d'opérations destinées à créer des surfaces parallèles à l'axe. Ces opérations sont plus classiques, et comprennent le creusement de goujures longitudinales 20, 21 et le formage de surfaces planes de dégagement 22, 23, 24. L'intersection des surfaces 24 et la goujure adjacente 20 définissent une arête de coupe latérale 25, qui se raccorde à l'arête de coupe frontale 12 mentionnée plus haut, pour un bon alésage. La goujure 20 a sa ligne médiane qui se raccorde à peu près à la ligne médiane ZZ de la rainure 8. Ainsi, un fluide d'évacuation des copeaux et débris peut circuler sans difficulté jusqu'à l'avanttrou et aider à l'entraînement des débris. On observera que, puisque les copeaux et débris sont évacués par l'avant-trou, il n'a pas été nécessaire de donner à la goujure 20 une forme en hélice. On peut, au contraire, donner dans certains cas à ces goujures une forme en hélice de sens inverse du sens habituel. Comme le montre la figure 1, l'alésoir présente des surfaces et arêtes de pré-alésage, adjacentes à la partie d'attaque frontale, et des surfaces et arêtes d'alésage proprement dit, correspondant à un diamètre extérieur de l'alésoir un peu supérieur. Les goujures 20, 21 se prolongent de la zone de pré-alésage à la zone d'alésage, et des rainures transversales intermédiaires 26 les font communiquer pour égaliser les écoulements de fluide de nettoyage. On répète que le mode opératoire qu'on vient de décrire est fictif. Par exemple, la pyramide décrite au début peut ne pas avoir existé, si les surfaces 3, 4 sont formées après les rainures 8. Les données numériques et celles qui résultent des dessins doivent, bien entendu, être adaptées à chaque problème pratique. L'alésoir décrit est particulièrement adapté au traitement de matériaux composites, tels que de matières plastiques renforcées de fibres de carbone. REVENDICATIONS 1. Alésoir destiné à élargir un avant-trou préparé à l'avance, cet alésoir présentant une surface latérale cylindrique dans son ensemble, et terminé par une face d'attaque qui comporte au moins une arête de coupe (12) dont une extrémité atteint à peu près la surface latérale et dont l'autre extrémité est à une distance de l'axe de l'alésoir inférieure au rayon de l'avant-trou (13), cette arête de coupe étant à peu près attenante à une surface de poussée (9) tournée vers l'avant dans le sens de rotation de l'alésoir et apte à déplacer radialement un copeau ou des débris séparés par l'arête de coupe, caractérisé en ce que la surface de poussée (9) constitue un flanc d'une rainure (8) dont le fond (ZZ) est, dans son ensemble, dirigé de façon à passer en arrière, dans le sens de rotation de l'alésoir, d'un plan défini par l'axe (XX) de l'alésoir et la direction générale de ce fond, si bien que les copeaux ou débris détachés par l'arête de coupe reçoivent, de la surface de poussée, une impulsion qui comporte une composante dirigée radialement vers l'axe (XX) et vers l'avant-trou (13), afin de diriger lesdits débris ou copeaux vers l'avanttrou par où ils seront évacués. 2. Alésoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que la position de la surface de poussée (9) est telle que la composante radiale, dirigée vers l'axe, de l'impulsion qu'elle communique aux débris ou copeaux est assez forte pour surmonter l'effet opposé de la force centrifuge résultant de la rotation de l'alésoir. 3. Alésoir selon l'une des revendications 1 ou 2, et dans lequel la direction d'avance de l'alésoir est orientée vers le bas, caractérisé en ce que l'arête de coupe (12) fait avec la direction d'avance de l'alésoir un angle tel que le fond de la partie élargie du trou créée par l'alésoir forme un entonnoir vers l'avant-trou (13), si bien que la force de gravité ajoute son effet à celui de la surface de poussée (9). 4. Alésoir selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fond (ZZ) de la rainure (8) fait un angle faible avec la direction de l'arête de coupe (12). 5. Alésoir selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que sa surface latérale présente au moins une rainure longitudinale (20) qui se raccorde à ladite rainure (8) dont un flanc constitue la surface de poussée (9), et des moyens sont prévus pour acheminer jusqu'à ladite rainure longitudinale (20) un fluide d'évacuation destiné à conjuguer sa force avec l'effet de la surface de poussée et entraîner les débris et copeaux vers 1' avant-trou. 6. Alésoir selon la revendication 5, caractérisé en ce que la rainure longitudinale (20) est limitée par une arête de coupe latérale (25). 7. Alésoir selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface de poussée (9) se raccorde à une surface (11) de fond de rainure qui présente, en coupe perpendiculaire à l'arête de coupe, une courbure suffisante pour incurver un copeau (14) et le forcer à prendre la forme d'une spirale de diamètre extérieur inférieur au diamètre de l'avant-trou.