Brevet FR2713118A1 — publié le 19950609

L'invention se rapporte à un dispositif pour le finissage d'alésages comprenant au moins un tranchant entre une surface d'attaque et une surface libre, cette surface d'attaque étant divisée en une lame principale et en une lame secondaire rec- tiligne et ménagée dans un corps de base et dans un insert, l'insert se composant d'un métal de base dur et d'une matière cristalline dure, la matière cristalline étant frittée sur un premier plan du métal de base dur et un second plan du métal de base dur, qui est au moins orienté à peu près parallèle- ment à la surface d'attaque, étant destiné à servir de fixa- tion à un plan d'application du corps de base, la matière cristalline dure formant la lame principale et une partie se prolongeant dans la lame secondaire. Un dispositif typique pour le finissage d'alésages est un alésoir de construction semblable par exemple à celle décrite dans le GB 571 394 ou bien dans le principe décrit dans le DE-AS 1 144 568. La perçeuse d'après le DE-AS 2 502 183 en fait également partie. La caractéristique est ici que chaque lame secondaire entraîne un guidage de l'outil dans l'alésa- ge, soit en commun avec les lames auxiliaires d'autres tran- chants répartis sur la périphérie de la tête du foret ou en complément de réglettes-guide spécifiques. Les lames secon- daires, de par leur fonction de soutien et de lissage sont également déterminantes pour la qualité de l'alésage. C'est pourquoi la rectitude de la lame secondaire est très impor- tante. Habituellement, la lame secondaire est rectifiée dans le sens de la longueur le plus droit possible, ce qui établit en même temps l'aiguisage souhaité de la lame secondaire. Dans la mesure o le tranchant fait partie d'un corps de base d'une seule pièce, par exemple une tête de foret acier-rapide ou d'un plateau porte-lames en métal dur, la rectification ne 2 2713118 pose aucun problème. Depuis peu, on a cependant tendance à mettre en place, sur le corps de base, un insert qui se com- pose d'un métal de base dur et d'une matière cristalline dure frittée dessus de dureté supérieure qui forme la lame princi- pale et une partie se prolongeant dans la lame secondaire. Pour des raisons de coûts, on limite l'extension de la matière cristalline dure à une zone partielle de la lame secondaire. L'insert, façon sandwich, est mis en place de manière à ce que le premier plan soit parallèle au second plan. Au cours de la rectification, la meule est déplacée le long de la lame secondaire, ce qui fait que la meule travail- le tout d'abord la matière cristalline très dure. Il se développe de ce fait des tensions dans le système mécanique de la meule qui se libèrent brusquement dès que la meule quitte la zone de la matière cristalline dure et atteint le corps de base plus tendre. A l'échelle du micron, la ligne droite prend l'aspect d'un paysage montagneux. Les différen- ces de hauteur entre les points les plus hauts et les plus bas sont appelées "largeur de bande des lignes droites". Même avec une exécution soigneuse de l'opération de rectification, il n'est pas possible d'obtenir une largeur de bande infé- rieure à 5 um. Ceci limite donc la qualité de l'alésage réalisable avec ce tranchant. Le but de l'invention est de créer un dispositif du type cité qui permet d'atteindre de meilleures qualités d'alésage. Ce but est atteint par le fait que le premier plan est orienté au moins à peu près perpendiculairement au second plan et en formant un angle plat C par rapport à la lame secondaire. L'insert est désormais placé sur le côté de sorte que, non seulement la matière cristalline dure s'étend jusqu'à la lame 3 2713118 secondaire mais également le métal de base dur et la zone de transition entre la matière cristalline dure et le métal de base dur. Par conséquent, la lame secondaire est de préféren- ce constituée par les zones partielles successives suivan- tes: a) une première zone partielle formée par la matière cristal- line dure, b) une seconde zone partielle formée par la zone de transi- tion entre la matière cristalline dure et le métal de base dur, c) une troisième zone partielle formée par le métal de base dur. Ces trois matériaux présentent des duretés différentes. Si la meule est déplacée sur la lame secondaire, elle travaille tout d'abord dans l'ordre la matière cristalline très dure, ensuite la région un peu moins dure de la zone de transition et pour finir, la région encore moins dure du métal de base dur. Ainsi les tensions mécaniques dans le système de la meule peuvent se libérer par étapes. Du fait que le premier plan est orienté en formant un angle plat avec la lame secon- daire, il en résulte un prolongement de la zone partielle formée par la transition de la lame secondaire et ainsi une diminution supplémentaire de l'à-coup de la dureté le long de la lame secondaire. Par le fait que le corps de base se compose d'une matière tranchante et que la lame secondaire présente, dans la conti- nuité de la troisième zone partielle, une quatrième zone partielle qui est constituée par le corps de base, on obtient 4 2713118 une graduation supplémentaire de la dureté auquel cas il faut supposer que la dureté du corps de base est à nouveau inférieure à celle du métal de base dur. La matière cristalline dure utilisable se compose de préféren- ce d'un diamant polycristallin PKD, ou de nitrure de bore cubique CBN. Le diamant polycristallin présente la dureté la plus élevée actuellement disponible, en revanche de quoi le nitrure de bore CBN est certes moins dur mais au perçage est chimiquement plus stable dans l'acier et permet donc une durée de vie plus longue du dispositif d'alésage. L'angle B est de l'ordre de 10 à 50', de préférence entre - et 30'. Ces plages angulaires donnent une bonne longueur de la zone partielle formée par la zone de transition de la lame secondaire, ainsi qu'un appui favorisant la stabilité de la matière cristalline dure par rapport aux composantes de forces axiales et radiales du foret. Le corps de base forme un plateau porte-lames plat et allongé qui peut être fixé à une tête de foret d'un alésoir, la lame secondaire étant disposée sur une face longitudinale du pla- teau porte-lames. Le tranchant est ainsi constitué par un plateau portelames en métal dur de sorte que la tête du foret peut être fabriquée dans un matériau bon marché et insensible aux coups. Le corps de base est réalisé d'une seule pièce avec une tête de foret d'un alésoir, l'orientation de la lame secondaire étant au moins à peu près parallèle à l'axe du foret. L'en- semble de la tête de foret de finition se compose d'une matière tranchante, comme l'acier rapide ou le métal dur et une zone partielle de la lame secondaire est directement constituée d'une partie de la tête de foret. Une autre zone partielle porte directement l'insert avec la matière cris- 2713118 talline dure. Ce mode de construction est fonctionnel pour des diamètres d'alésage très petits. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 montre, représenté en perspective, un plateau porte- lames conforme à l'invention, La fig. 2 montre, représenté en perspective, un plateau porte- lames conforme à l'état de la technique. La fig. 3 est une vue de dessus d'une zone angulaire du pla- teau porte-lames de la fig. 1 à l'état précédant la rectifi- cation. La fig. 4 est une représentation correspondant à la fig. 3 de l'état succédant à la rectification. La fig.5 est une vue latérale dans le sens de la flèche 5 de la fig. 4. La fig. 6 est un diagramme qui représente la courbe des duretés survenant le long de la lame secondaire. La fig. 7 est une vue avant d'un alésoir conforme à l'inven- tion. La fig. 8 une vue latérale dans le sens de la flèche 8 de la fig. 7. 6 2713118 Un plateau porte-lames connu 11 d'après la fig. 2 se compose d'un corps de base 12 plat et rectangulaire en métal dur. Les coins sont chanfreinés et un insert 13, 14 est disposé dans un évidement formant niche à deux coins diagonalement opposés. Les deux inserts sont identiques et, par conséquent, seul l'insert 13 sera décrit plus en détail. Cet insert 13 se compose d'un métal de base dur 15 qui présente un premier plan 16 tourné vers le haut et un second plan inférieur 17 parallèle au premier, ainsi que d'une matière cristalline dure 18 frittée sur le premier plan 16, par exemple à partir d'un diamant polycristallin PKD. Le métal de base dur 15 est brasé à plat en reposant, avec son second plan 17, sur un premier plan d'application 19 qui est parallèle à la face supérieure 21 du corps de base 12. La face supérieure 22 de la matière cristalline dure 18 est jointive à la face supé- rieure 21 du corps de base 12. Comme d'habitude, la zone marginale forme un tranchant, entre une surface d'attaque alignée à la face supérieure 21 et une surface libre qui est alignée à la surface périphérique 23 du corps de base 12. Ce tranchant est divisé en une lame principale 24 et une lame secondaire 25. Le bord externe supérieur de la matière cris- talline dure 18 constitue entièrement la lame principale 24 se prolongeant par une zone partielle 26 de la lame secondai- re 25. Cette dernière se poursuit en ligne droite par une zo- ne partielle 27 qui est directement formée par le bord exter- ne supérieur du corps de base 12. Entre le métal de base dur et la matière cristalline dure 18 on réalise, au moment du frittage, une zone de transition 28, du fait que les molécu- les de la matière cristalline dure 18 pénètrent quelque peu dans la matrice du métal dur. Cette zone de transition 28 n'a pas de signification particulière dans cette disposition. La fig. 2 montre le plateau porte-lames 11 rectifié à l'état final. Dans ce but, une meule rotative a été déplacée le long de la lame secondaire 25. La meule attaque tout d'abord la zone partielle très dure 26. De ce fait, il se produit, dans 7 2713118 le système mécanique de serrage du plateau porte-lames et du logement de la meule, des contraintes de pression qui se libèrent brusquement dès que la meule atteint la zone partiel- le 27 qui est sensiblement moins dure. Cette libération des contraintes de pression peut être accompagnée par une survi- bration des pièces de la meule mobiles entre elles. En fin de compte, la lame secondaire 25 ne s'étend pas, dans ses zones partielles 26 et 27, sur une ligne droite idéale, bien plus, la largeur de bande de la droite est de plus de 5 Vm. A la fig. 2, on reconnaît que du fait de l'alignement vertical du métal de base dur 15, de la zone de transition 28 et de la matière cristalline dure 18, on ne peut pas aller en dessous d'une épaisseur minimale 29 du plateau porte-lames 11. En revanche, le plateau porte-lames 31 représenté à la fig. 1 est sensiblement plus mince. A deux coins du corps de base 33 en métal dur, diagonalement opposés, un insert 33, 34 est disposé dans un évidement formant niche de la manière qui va être décrite plus en détail, à l'exemple de l'insert 33, à l'aide des figures 3 à 5. I1 est entendu qu'un plateau porte- lames ne peut présenter qu'un seul et unique insert 33. Le corps de base 32 du plateau porte-lames 31 présente une face supérieure plane 35 et une face inférieure plane parallè- le 36, une surface périphérique longue 37 et une surface périphérique courte 38 perpendiculaire à cette dernière et entre lesquelles se loge une surface périphérique 39 inclinée. Au-delà de cette zone angulaire est ménagé, dans le corps de base 32, un évidement formant niche qui représente un plan d'application 41 parallèle à la face supérieure 35 et de con- tour trapézoïdal. Le bord du contour du plan d'application 41 se continue par la surface périphérique inclinée 39 dans toute sa longueur et des deux côtés par les deux surfaces périphériques 37, 38, chacune sur une partie de leur lon- gueur. Parallèlement au bord de contour s'étendant le long de 8 2713118 la surface périphérique inclinée 39, on trouve une surface étagée 42 qui est orientée perpendiculairement au plan d'ap- plication 41 et forme un angle plat', périphérique 37 la plus longue. L'insert 33 se compose tout d'abord d'un métal de base dur 43 dont le premier plan 44 est perpendiculaire au plan d'applica- tion 41 et donc également perpendiculaire à son second plan et forme un angle plat a par rapport à la surface péri- phérique la plus longue 37. Le métal de base dur 43 présente un troisième plan 46 qui prend appui contre la surface étagée 42 et qui est de préférence parallèle au premier plan 44. Dans ce cas, d'exécution, avec la face supérieure 35. L'insert 33 se compose en outre d'une matière cristalline dure 48 qui peut être du nitrure de bore cubique (CBN) ou un diamant polycristallin (PKD). Cette matière cristalline dure 48 est frittée sur le premier plan 44 avant que l'insert 33 ne soit brasé sur le plan d'application 41 par une couche fine dure de brasure 49. Cette matière cristalline dure 48 ferme l'évidement formant niche, c'est-à-dire qu'il a une face supérieure 51 qui est alignée a la face supérieure 35. La zone de transition se constituant pendant le frittage porte la référence 52. A l'état final à la fig. 4, il résulte, au bord de contour du plateau porte-lames 31, un tranchant qui se divise en une lame principale 53 et une lame secondaire 54. La lame princi- pale 53 est complètement formée par le bord externe de la matière cristalline dure 48. La lame secondaire 54 est cepen- dant constituée par plusieurs zones partielles de différentes duretés, à savoir: une première zone partielle 55 formée par la matière cristalline dure 48, une seconde zone partielle 56 9 2713118 formée par la zone de transition 52, une troisième zone partielle 57 formée par le métal de base dur 43 et une qua- trième zone partielle 58 formée par le matériau du corps de base 32. Etant donné que l'insert 33 ne peut pas être fabriqué dans les mesures exactes nécessaires, il est surdimensionné d'après la fig. 3 et il est brasé dans l'évidement du corps de base 32. La lame principale 53 peut être rectifiée, de même les faces supérieures 35, 51 et le quatrième plan 47 peuvent être aplanis. La lame secondaire 54 est avant tout rectifiée en guidant une meule 59, indiquée à la fig. 4, le long de la lame secondaire. La fig. 6 illustre la courbe de dureté H le long du parcours W, tel qu'il se présente en principe à la meule 59. La meule 59 attaque ainsi la dureté pleine de la matière cristalline dure 48 de la première zone partielle 55. A la rectification de la seconde zone partielle 56 apparaît une courbe de dureté s'abaissant au niveau de la dureté du métal de base dur 43 ce qui évite une transition brutale. La meule atteint ensuite la dureté inférieure du métal de base dur 43 de la troisième zone partielle 57 pour finir avec la dureté la plus faible de la quatrième zone partielle 58 du corps de base 32. Dans cette courbe graduée de la dureté les tensions dans le sys- tème mécanique de la meule ne sont pas libérées brutalement de sorte qu'une largeur de bande de la ligne droite de la lame secondaire 54 inférieure à 5 um peut être obtenue, en particulier dans la plage de 1 gm. Les longueurs des zones partielles de la lame secondaire 54 sont, pour un plateau porte-lames éprouvé, à titre d'exemple comme suit: première zone partielle - 1,3 mm, deuxième plus troisième zones partielles - 1,7 mm, pour B - 30'. On peut en déduire que de très petits inserts peuvent être utilisés 2713118 seulement pour renforcer les zones des tranchants les plus sollicitées. Les représentations des fig. 1 à 6 ne sont pas à l'échelle mais il faut les comprendre de principe. On peut également exécuter la lame principale 53 avec une forme cou- dée, ce qui n'est pas dessiné ici. I1 est entendu que la surface d'attaque (face supérieure) peut former, avec la surface libre (surface périphérique), un angle inférieur à '. La forme générale des lames et en particulier des pla- teaux porte-lames est connue en soi et ces configurations connues ne font donc pas l'objet d'une représentation parti- culière. Les fig. 7 et 8 illustrent une forme de réalisation d'un alésoir bilame, dont la tête de foret 61 ainsi que la tige de serrage 62 se composent de matière tranchante telle que par exemple un métal dur. Ici, la tête de foret 61 prend la place du corps de base 32 formant plateau de la fig. 1. En consé- quence, dans les zones de coupe 63 et 64, sont insérés des inserts 65 et 66 semblables à l'insert 33. La fig. 8 montre en exemple à la lame secondaire 68 parallèle ou allant légère- ment en cône par rapport à l'axe du foret, que celle-ci est composée de plusieurs zones partielles successives de duretés différentes. L'angle B est ici de l'ordre de 15, les zones partielles s'étendant sur une longueur axiale plus importan- te. Du fait de l'absence de plateaux porte-lames, cet alésoir est également approprié pour des diamètres d'alésage très petits, notamment des diamètres inférieurs à 6 mm, de préfé- rence inférieurs à 5 mm. Des alésoirs à quatre lames peuvent également être conçus de manière analogue. La comparaison des fig. 1 et 2 montre, d'une part, la compo- sition différente des lames secondaires 25 et 54 et, d'autre part, l'épaisseur différente des plateaux porte-lames 11 et 31. L'épaisseur du plateau porte-lames 11 est déterminée par la suite des couches verticales (dans la vue de la fig. 1) de il 2713118 l'insert 13, le métal de base dur 15 devant présenter une épaisseur minimale afin de supporter les sollications lors du frittage de la matière cristalline dure 18. La matière cris- talline dure 18 ne permet une réalisation que pour une épais- seur minimale de 0,5 à 0,8 mm sur le premier plan. Du fait de la suite de couches horizontales d'après la fig. 1, on peut loger les "hauteurs minimales", valables pour la fabrication de l'insert 33, dans le plan du plateau qui offre une place suffisante. L'épaisseur minimale de l'insert 33, à considérer à présent verticalement, est de l'ordre de 0,2 mm et se définit en fonction de la stabilité de l'insert. L'angle B peut présenter des valeurs de 10 à 50', des zones plus plates se situant de manière plus appropriée entre 15' et 30. 12 2713118 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le finissage d'alésages comprenant au moins un tranchant entre une surface d'attaque et une surface libre, cette surface d'attaque étant divisée en une lame principale et en une lame secondaire rectiligne et ménagée dans un corps de base et dans un insert, l'insert se compo- sant d'un métal de base dur, et d'une matière cristalline dure, la matière cristalline étant frittée sur un premier plan du métal de base dur et un second plan du métal de base dur, qui est au moins orienté à peu près parallèlement à la surface d'attaque, étant destiné à servir de fixation à un plan d'application du corps de base, la matière cristalline dure formant la lame principale et une partie se prolongeant dans la lame secondaire, caractérisé en ce que le premier plan (44) est orienté au moins à peu près perpendiculairement au second plan (45) et en formant un angle plat (0) par rapport à la lame secondaire (54). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lame secondaire (54) est constituée par les zones partiel- les successives suivantes: a) une première zone partielle (55) formée par la matière cristalline dure (48) b) une seconde zone partielle (56) formée par la zone de tran- sition (52) entre la matière cristalline dure (48) et le métal de base dur (43), c) une troisième zone partielle (57) formée par le métal de base dur (43). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de base (32, 61) se compose d'une matière tranchan- 13 2713118 te. 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la lame secondaire (54) présente, dans la continuité de la troisième zone partielle (57), une quatrième zone par- tielle (58) qui est constituée par le corps de base (32, 61). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière cristalline dure (48) se compose d'un diamant polycristallin (PKD). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière cristalline dure (48) se compose de nitrure de bore cubique (CBN). 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle 0 est de l'ordre de 10 à 50', de préférence entre ' et 30' 8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps de base (32) forme un plateau porte-lames plat (31) et allongé qui peut être fixé à une tête de foret d'un alé- soir, la lame secondaire (54) étant disposée sur une face longitudinale (37) du plateau porte-lames (31). 9. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps de base est réalisé d'une seule pièce avec une tête de foret (61) d'un alésoir, l'orientation de la lame secon- daire (68) étant au moins à peu près parallèle à l'axe (67) du foret.