Brevet FR2755383A1 — publié le 19980507

L'invention se rapporte à un couteau destiné à un outil, en particulier à un couteau à taillis pour une débroussailleuse, se composant d'un corps de base comportant un trou central de fixation, ainsi que de pales orientées sensiblement radialement par rapport à ce trou, se raccordant au corps de base et dont les arêtes longitudinales antérieures dans un sens circonférentiel sont conformées en tranchants, le corps de base avec ses pales consistant en une pièce composite monobloc formée d'une couche centrale dure et de couches extérieures qui sont sensiblement coïncidentes avec la précédente. De tels couteaux à taillis se composent d'une tôle d'acier ayant subi une trempe et un revenu et dont les arêtes longitudinales sont estampées, fraisées ou affûtées dans la zone des lames pour la formation de tranchants. La tôle d'acier est sélectionnée et traitée de manière d'une part à satisfaire aux critères techniques de sécurité et d'autre part à garantir une stabilité et une durée d'utilisation suffisantes du couteau. Il faut, pour des raisons techniques de sécurité, que le matériau du couteau puisse être coudé à angle droit sans casser ni se crevasser, donc qu'il ait une ductilité suffisante; lorsque le couteau est utilisé par exemple pour élaguer des taillis ou pour couper des broussailles, il n'est pas possible d'éviter totalement un contact avec le sol et des chocs contre des obstacles tels que des pierres ou analogues, ce qui provoque une forte usure et émousse rapidement les tranchants si le matériau est ductile. L'invention a pour objet de perfectionner un couteau du type tel que spécifié en préambule de manière d'une part qu'il satisfasse aux critères techniques de sécurité et d'autre part qu'il ait une grande résistance à l'usure afin d'éviter d'avoir à le réaffuter fréquemment. Le but est atteint, selon l'invention, par le fait que la pièce composite se compose d'une tôle d'acier dur et de tôles d'acier doux et les tôles d'acier sont assemblées par laminage pour former un corps stratifié monobloc. La pièce composite monobloc formée d'une tôle dure et d'une tôle douce coïncidant sensiblement avec la précédente entraîne des différences d'usure des matériaux. La tôle douce tournée vers le sol s'use plus rapidement que la couche de la tôle dure. Il en résulte dans la région des tranchants des pales du couteau un mode d'usure qui correspond à un réaffutage. Les intervalles de temps entre les réaffûtages nécessaires sont considérablement allongés et de plus la capacité de coupe du couteau est améliorée. La pièce composite monobloc formée d'un stratifié de tôles de duretés différentes réduit l'usure globale et malgré la présence d'une tôle de coupe qui est sélectionnée de manière qu'elle soit très dure et dont la dureté Vickers peut être jusqu'à 50% supérieure à celle des couteaux à taillis connus, réalisés en une tôle d'acier unique, il ne se produit aucune formation de crevasse ni une cassure du matériau au cours d'essais à la flexion, grâce à la couche extérieure ductile formée d'une tôle douce. Même lors des essais prescrits de chocs contre une cheville métallique, au cours desquels le couteau tournant à vitesse maximale est amené contre une cheville d'acier, le matériau du couteau fait preuve d'une ténacité suffisante qui en évite la rupture. La pièce composite formée d'un stratifié de plusieurs couches de tôle constitue techniquement un ensemble sensiblement unitaire dans lequel un effet de diffusion provoque une liaison intime de la tôle douce et de la tôle dure. La pièce composite se compose de préférence d'une tôle d'acier intérieure dure, dont chacun des côtés plans est recouvert d'une tôle douce à peu près coïncidente. Ainsi, le couteau à taillis peut s'utiliser en couteau réversible, c'est à dire qu'après une durée de service prescrite, il se monte après avoir été tourné de 180 , de sorte que malgré l'usure, son contour demeure sensiblement à peu près symétrique. Avantageusement la pièce composite est réalisée de manière à être symétrique en coupe transversale par rapport à la couche centrale, celle-ci pouvant aussi bien être une tôle dure, en particulier une tôle d'acier dure, qu'une tôle douce, par exemple une tôle d'acier doux. Pour améliorer la rigidité de la tôle douce dans une disposition dans laquelle elle forme la couche extérieure, il est possible avantageusement de la profiler. Le profilage est prévu en particulier dans la région de l'extrémité libre d'une pale du couteau. Les tôles ayant des duretés différentes sont assemblées par laminage, avantageusement à froid ou après qu'elles aient été portées au rouge, afin d'obtenir une liaison intime. Il se produit alors dans le plan de contact une diffusion de matière avec pour effet un corps stratifié quasi-monobloc. Cette liaison quasi-monobloc de tôles de duretés différentes provoque un fort effet d'amortissement des vibrations, ce qui garantit de plus une grande tranquillité de marche même à des vitesses élevées de rotation et en présence de fréquences de résonnance. L'invention va être décrite plus en détail à titre d'exemple en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un couteau selon l'invention destiné à l'élagage de taillis et monté sur une débroussailleuse, la figure 2 est une vue en plan du couteau de la figure 1 selon l'invention, la figure 3 est une vue en plan de l'extrémité libre d'une pale du couteau, selon le détail III de la figure 2, la figure 4 est une représentation schématique en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2, la figure 5 est une représentation schématique en coupe d'une pièce composite en trois couches de tôles d'acier de duretés différentes, la figure 6 est une représentation schématique en coupe d'une pièce composite en cinq couches de tôles d'acier de duretés différentes, la figure 7 est une coupe schématique d'une pièce composite en trois couches selon la ligne VII-VII de la figure 5, la figure 8 est une représentation analogue à celle de la figure 7 et représente un profilage des tôles extérieures d'acier doux qui est décalé par rapport à la couche centrale, la figure 9 est un graphique de la dureté Vickers en fonction de la distance à un bord. Le couteau à taillis 1 selon l'invention se monte sur une débroussailleuse 2. Dans son principe, le couteau a une structure lui permettant aussi d'être utilisé pour des tondeuses à gazon ou autres appareils de jardinage. La débroussailleuse se compose d'un tube de guidage 3 auquel est fixé un guidon 4 permettant de la tenir et de la guider. Des éléments de commande sont disposés sur une poignée 5 du guidon 4, par exemple un levier des gaz 6 permettant de commander un moteur d'entraînement 7 qui est fixé à une extrémité du tube 3. Le moteur 7 est un moteur à combustion interne, de préférence à deux temps. Un engrenage formant renvoi d'angle 9 est monté à l'autre extrémité 8 du tube 3 et le couteau 1 est fixé à son arbre de sortie qui tourne autour de l'axe 10. Un écran protecteur 11 recouvrant partiellement le couteau 1 est par ailleurs fixé au tube 8. Le couteau à taillis 1, que la figure 2 représente à échelle agrandie, se compose d'un corps de base 12 comportant un trou central 13 de fixation de l'arbre de sortie du renvoi d'angle 9, lequel arbre tourne autour de l'axe 10. Des pales 14 venues d'une pièce avec le corps de base 12 et conformées à peu près radialement par rapport au trou de fixation 13, forment de préférence un plan commun avec ce corps 12. Dans l'exemple de réalisation, trois pales 14 sont disposées de façon équidistante dans le sens circonférentiel 15; des couteaux à deux pales ou à plus de trois pales peuvent aussi être appropriés. Si le couteau tourne autour de l'axe 10 le sens circonférentiel 15, les arêtes longitudinales 16 des pales 14, qui sont situées à l'avant dans ce sens 15, sont conformées en tranchants, les arêtes longitudinales étant à cet effet affûtées d'un côté ou des deux côtés. Dans l'exemple de réalisation représenté, les arêtes longitudinales 17 des pales 14 qui sont tournées dans le sens opposé au sens de rotation considéré comme étant le sens circonférentiel 15, sont aussi conformées en tranchants de manière que le couteau puisse être retourné. Les tranchants des arêtes longitudinales 16 et 17 se raccordent à l'extrémité libre 18 des pales 14; l'extrémité libre 18 est conformée en vue en plan à la manière d'un triangle isocèle, comme le montre également le détail de la figure 3. Les pales 14 du couteau sont formées d'une pièce composite constituée de plusieurs tôles, comme le montre la figure 4. Les tôles peuvent être en des matériaux différents convenables. La pièce composite monobloc représentée se compose d'une tôle d'acier dur 20 et d'une tôle d'acier doux 19 qui est à peu près coïncidente avec la précédente. Le côté extérieur libre 21 de la tôle d'acier dur 20 formant la lame de coupe est tourné vers le renvoi d'angle 9 de la débroussailleuse 2, tandis que le côté extérieur libre 29 de la tôle d'acier doux 19 est tourné vers le sol 28 (figure 1). Le corps de base 19 et les lames 14 du couteau sont de préférence formés en monobloc par la pièce composite en tôle multicouche, en particulier en tôle d'acier, une pièce composite en trois couches étant de préférence adoptée, comme montré sur la figure 5. La couche intérieure en tôle d'acier dur 20 est recouverte sur chacun des deux côtés extérieurs d'une couche de tôle d'acier doux 19 à peu près coïncidante, la section transversale étant symétrique par rapport à la couche centrale de tôle d'acier dur 20. Ceci a l'avantage que le couteau 1 peut se monter après avoir été retourné, de sorte que son contour est maintenu à peu près symétrique malgré l'usure. Une tôle d'aluminium ou de titane peut aussi être utilisée pour les couches extérieures moins dures. Sur la figure 9, la dureté Vickers en HV 0,5 est portée en fonction de la distance au bord en mm. La tôle douce 19 a une dureté Vickers d'environ 150, tandis que la couche en tôle dure 20 peut avoir une dureté Vickers d'environ 600. A titre de comparaison, la dureté Vickers d'un couteau à taillis formé d'une tôle homogène d'acier 50 de dureté constante a été portée sur la figure 9, sa dureté étant comprise approximativement entre 370 et 440. L'épaisseur de la tôle d'acier représentée à titre de comparaison est de 4 mm. La différence importante, spécifiquement adoptée de la dureté, de plus de 400 Vickers entre la tôle extérieure douce 19, qui est en particulier une tôle d'acier et la tôle intérieure dure 20, qui est en particulier une tôle d'acier, entraîne une différence d'usure qui provoque un effet d'auto-affûtage des tranchants. La couche centrale, qui a une dureté supérieure à 600 Vickers, étant notablement plus dure que les couteaux à taillis réalisés en une tôle d'acier homogène 20, l'usure globale est inférieure, la résistance à l'usure étant accrue d'un ordre de grandeur de facteur 3. L'effet d'auto-affûtage permet d'obtenir également une capacité de coupe améliorée, même au cours d'une longue durée d'utilisation, cet effet d'auto-affûtage uniformisant aussi les surfaces de coupe de la matière sectionnée. Il a de plus été observé que la structure stratifiée de la pièce composite formée des tôles d'acier 19, 20 de duretés fortement différentes provoque un amortissement des vibrations qui permet d'obtenir une grande tranquillité de marche. Une structure stratifiée de tôles d'acier de poids spécifiques différents permet aussi d'obtenir une réduction du poids. La figure 4 est une coupe d'une pièce composite simple formée de deux tôles d'acier 19, 20 de duretés différentes. Une structure en trois couches selon la figure 5 est avantageuse pour permettre d'utiliser le couteau en le retournant. Une structure à cinq ou six couches selon la figure 6 ou un profilage de la tôle extérieure d'acier doux 19 selon les figures 7 et 8 peut ainsi être avantageux. Les tôles d'acier 19 et 20 qui ont été illustrées aux figures 4 à 8 ont avantageusement une même épaisseur, la structure selon la figure 6 comprenant une couche centrale en tôle d'acier doux 19 permettant d'obtenir un amortissement particulièrement fort des vibrations. Des vibrations gênantes peuvent apparaître dans le couteau à taillis 1 précisément avec un entraînement par un moteur à combustion interne 7 qui fait tourner l'arbre flexible d'entraînement passant dans le tube de guidage 3 à des vitesses pouvant atteindre 12 000 tours à la minute. La pièce composite stratifiée d'environ 4 mm d'épaisseur fait également passer ces vibrations dans la plage de résonnance avec pour conséquence des accélérations qui sont faibles à la pointe des pales du couteau. Le couteau 1 lui-même tourne à environ 5 000 à 6 000 tours, dans des cas isolés jusqu'à 10 000 tours. Un profilage 25 tel que représenté sur la figure 3 et qui est orienté de préférence perpendiculairement à l'axe longitudinal de symétrie 23 de la pale 14 du couteau est prévu pour en améliorer la rigidité de la partie d'extrémité libre. Comme le montre la figure 3, le profilage 25 est formé de nervures transversales 22 en forme de bourrelets qui sont arrondis en coupe transversale, qui sont à une distance a les unes des autres dans la direction de l'axe longitudinal 23 de la pale 14 et qui se prolongent sensiblement sur la totalité de la largeur de cette dernière. La distance a séparant les nervures transversales voisines 22 est de préférence constante. Le profilage 25 est réalisé essentiellement à l'extrémité libre 18 de chaque pale 14. Les nervures 22 des tôles extérieures d'acier doux 19 de la figure 7 sont disposées par rapport à la couche centrale formée d'une tôle d'acier dur 20 de manière à être exactement mutuellement symétriques. Il peut être avantageux, selon la figure 8, de décaler les nervures 22 des deux tôles extérieures d'acier doux 19 par rapport à la couche centrale formée d'une tôle d'acier dur 20 d'une distance b vers l'axe longitudinal 23 de la lame 14 du couteau (figure 3), la distance b correspondant à la moitié de la largeur d'une nervure transversale 22. Comme le montrent les figures 7 et 8, le profilage 25 confère à la surface une forme analogue à celle d'une courbe sinusoïdale dans la direction de l'axe longitudinal 23 d'une pale 14 du couteau. REVENDICATIONS 1. Couteau destiné à un outil, en particulier couteau à taillis (1) pour une débroussailleuse (2), se composant d'un corps de base (12) comportant un trou central de fixation (13) et de pales (14) orientées sensiblement radialement par rapport au trou de fixation (13), se raccordant au corps de base (12) et dont les arêtes longitudinales antérieures (16) dans un sens circonférentiel (15) sont conformées en tranchants, le corps de base (12) avec ses pales (14) consistant en une pièce composite monobloc se composant d'une couche centrale dure (20) et de couches extérieures (19) qui sont à peu près en coïncidence avec la précédente, caractérisé en ce que la pièce composite se compose d'une tôle d'acier dur (20) et de tôles d'acier doux (19) et les tôles d'acier (19, 20) sont assemblées par laminage de manière à former un corps stratifié monobloc. 2. Couteau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce composite monobloc forme le corps de base (12) et les pales (14) du couteau. 3. Couteau selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux arêtes longitudinales (16, 17) d'une pale (14) sont conformées en tranchants qui se raccordent à l'extrémité libre (18) de cette dernière (14). 4. Couteau selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité libre (18) est conformée en vue en plan à la manière d'un triangle isocèle. 5. Couteau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pièce composite est réalisée symétriquement par rapport à sa couche centrale (20) en coupe transversale. 6. Couteau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tôle douce (19) est de préférence profilée sur le côté extérieur (29). 7. Couteau selon la revendication 6, caractérisé en ce que le profilage (25) est disposé perpendiculairement à l'axe longitudinal de symétrie (25) de la pale (14), de préférence essentiellement dans la région de l'extrémité libre. 8. Couteau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les tôles (19, 20) de la pièce composite ont des mêmes épaisseurs. 9. Couteau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la tôle dure (20) a une dureté Vickers qui est à peu près quatre fois supérieure à celle de la tôle douce (19). 10. Couteau selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les tôles (19, 20) sont portées au rouge pour être assemblées par laminage.