Brevet FR2787048A1 — publié le 20000616

TARAUD A DEFORMATION DE MATIERE PAR MOLETTES FILETEES ET ROTATIVES La présente invention se rapporte à un taraud, c'est-à-dire à un outil pour réaliser un filetage à l'intérieur d'un trou de section cylindrique circulaire, préalablement réalisé dans une pièce qui est en général métallique, mais pouvant être en tout autre matière. Un taraud est, dans sa forme la plus répandue, un outil dont le pourtour est fileté de manière interrompue, en définissant ainsi des couteaux qui agissent par enlèvement de matière, et plus précisément par enlèvement de copeaux. Cette méthode de taraudage par enlèvement de copeaux présente des inconvénients dus à sa conception de base, car l'enlèvement de copeaux coupe les fibres du métal et aboutit à la réalisation de filets de résistance souvent jugée insuffisante. C'est pourquoi on s'oriente préférentiellement à l'heure actuelle vers une autre forme de taraudage qui agit par déformation de matière, sans donc blesser le métal de manière prohibitive. Les tarauds sont alors généralement des tarauds à section polygonale. Lorsque le taraud pénètre, en tournant, dans le trou à tarauder, ce sont alors les sommets du polygone qui agissent en déformant la matière pour réaliser le filetage souhaité. Le procédé de taraudage par déformation est donc considéré actuellement comme le seul procédé valable pour obtenir des filets très résistants, et donc fiables et de longue durée de vie. Ces tarauds à section polygonale sont soumis, lorsqu'ils agissent pour déformer la matière, à d'énormes frictions engendrées par les efforts importants qui sont nécessairement mis en jeu. Il en résulte un échauffement et une usure importants, et par suite une durée de vie du taraud relativement faible. En outre, les vitesses de travail de ces tarauds sont nécessairement relativement lentes, ce qui est très pénalisant en productivité industrielle lorsque ces tarauds sont destinés à équiper des taraudeuses automatiques telles que celle décrite dans le document EP-A-0.192.586. Pour améliorer les choses, il a été proposé, selon le document FR-A- 2. 750.352, un taraud pour réaliser, par déformation de matière, un filetage hélicoïdal à l'intérieur d'un trou à parois lisses et à section uniformément circulaire, ce taraud comportant un corps rigide dont les dimensions radiales sont inférieures à celles du trou à tarauder, et qui sert de support à plusieurs plus petits cylindres rotatifs périphériques, de même diamètre, qui sont régulièrement espacés et montés fous dans des cavités périphériques réceptrices et respectives de ce corps rigide, o ils reposent par leurs deux bouts d'axe respectifs, chacun de ces cylindres rotatifs étant pourvu de filets annulaires acérés, ces filets n'étant donc pas en spirale mais purement circulaires et étant séparés l'un de l'autre d'une distance égale au pas du filetage à réaliser, chacun de ces cylindres dépassant suffisamment de la surface périphérique dudit corps rigide pour combler à cet endroit le morceau d'espace tubulaire restant entre ledit corps rigide, positionné coaxialement au trou à tarauder, et le filetage à réaliser, ces cylindres étant tous identiques, à l'exception de leurs deux bouts d'axe respectifs qui sont respectivement ajustés pour le premier filet annulaire, ou filet d'attaque, du deuxième cylindre soit décalé axialement, par rapport à celui du premier cylindre, ou cylindre d'attaque, d'une fraction de pas égale au nombre de cylindres, soit d'un "énième" de pas si le taraud comporte N cylindres, et ainsi de suite d'un cylindre au suivant jusqu'au dernier, ou énième, cylindre de la périphérie, et les arêtes des premiers filets annulaires de chaque cylindre étant à une distance de l'axe du cylindre qui est inférieure à celle nécessaire pour réaliser le filetage souhaité, l'arête du premier filet annulaire, ou filet d'attaque, étant alors à une distance de cet axe qui est juste suffisante pour assurer le centrage du taraud dans le trou à tarauder, tandis que le ou les quelques filets suivants sont à des distances respectives de cet axe qui croissent progressivement jusqu'à finalement aboutir à celle finalement nécessaire pour la réalisation effective dudit filetage. Comme état de la technique en matière de dispositifs de taraudage utilisant des molettes filetées et rotatives peuvent aussi être cités les documents US-A-2.645.954, US-A-3.491.565, US-A-2.349.863, qui décrivent tous des dispositifs ayant en particulier l'inconvénient d'être d'une grande complexité de réalisation mécanique. Les essais effectués avec des tarauds à molettes construits conformément à celui décrit et représenté dans ce document FR-A-2.750.352 ont i0 cependant conclu à une durée de vie limitée des molettes équipant ces tarauds ainsi qu'à une encore trop grande complexité de construction d'un tel taraud. On s'est en particulier rendu compte que sur les trois molettes que comprend un tel taraud, le seul premier filet d'attaque qui travaille effectivement est celui de la molette inférieure, ou molette d'attaque, et ainsi de suite pour les premiers filets d'attaque dont le diamètre croit progressivement comme décrit et représenté dans ce document FR-A-2. 750.352. Finalement, la molette d'attaque de ce taraud vient à s'user considérablement plus vite que les trois autres molettes, ce qui nécessite d'intervenir, pour réaliser un changement de molette(s), bien plus fréquemment que si les trois molettes de ce taraud s'usaient toutes de même façon. L'invention vise d'une part à remédier à ces inconvénients, et d'autre part à améliorer le taraud selon le document FR-A-2.750.352 aussi bien sur le plan de l'efficacité du taraudage que sur celui de la simplicité de réalisation par usinage et de la convivialité d'utilisation, en ce qui concerne en particulier la facilité de remplacement du jeu de molettes par l'utilisateur. Elle se rapporte à cet effet à un taraud à déformation de matière par molettes filetées et rotatives, ce taraud comportant un corps rigide dont les dimensions radiales sont inférieures à celles du trou à tarauder, et qui sert de support à plusieurs molettes rotatives périphériques, qui sont espacées et montées folles dans ce corps rigide, chacune de ces molettes rotatives étant pourvue de plusieurs filets annulaires, ces filets n'étant pas en spirale mais purement circulaires et étant séparés l'un de l'autre d'une distance égale au pas du filetage à réaliser, ces filets annulaires étant coaxiaux et d'axe commun incliné, par rapport à l'axe du taraud, d'un angle égal à l'angle d'hélice du filetage à réaliser, chacune de ces molettes dépassant suffisamment de la surface périphérique dudit corps rigide pour combler à cet endroit le morceau d'espace tubulaire restant entre ledit corps rigide, positionné coaxialement au trou à tarauder, et le filetage à réaliser, ces molettes étant positionnées pour que le premier filet annulaire, ou filet d'attaque, de la deuxième molette soit décalé axialement, par rapport à celui de la première molette, ou molette d'attaque, d'une fraction de pas égale au nombre de molettes, et ainsi de suite d'une molette à la suivante, les diamètres des premiers filets annulaires, ou filets d'attaque, de chaque molette étant inférieurs à celui nécessaire pour réaliser le filetage souhaité, et croissant progressivement jusqu'à finalement aboutir à celui finalement nécessaire pour la réalisation de ce filetage, caractérisé en ce qu'en outre le diamètre respectif du premier de ces filets d'attaque augmente progressivement, de la première molette, ou molette d'attaque, à la dernière, atteignant pour cette dernière molette une valeur qui reste néanmoins inférieure à celle du deuxième filet de ladite première molette. Avantageusement, les diamètres respectifs des filets d'attaque suivants de toutes ces molettes croissent aussi pour chacun de ces filets d'attaque respectifs, de la première molette à la dernière. L'invention sera bien comprise, et ses avantages ainsi que ses autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivant de deux exemples non limitatifs, en référence au dessin annexé dans lequel: * Figure 1 est une perspective éclatée de ce taraud dans une forme de réalisation comportant trois molettes À Figure 2 est une vue d'ensemble, en perspective, de ce même taraud à trois molettes ò Figure 3 en est une vue latérale simplifiée, avec coupe partielle * Figure 4 montre schématiquement les trois molettes de ce taraud, avec repérage des diamètres successifs de leurs quatre filets d'attaque, et du cinquième filet de diamètre final, et indication de la relation générale de progression de ces diamètres successifs * Figure 5 est une vue schématique comparée, et très exagérée pour permettre une bonne compréhension de l'invention, des diamètres de chaque premier filet des trois molettes que comporte ce taraud * Figure 6 est la courbe de progression des diamètres successifs, en passant donc à chaque fois d'une molette à la suivante, des filets d'attaque de ces trois molettes, jusqu'à parvenir au premier des filets de diamètre final * Figures 7 à 11 sont respectivement les homologues des figures 1, 2, 3, 4, 6, mais relativement à un taraud comportant cinq molettes. En se reportant tout d'abord à l'ensemble des figures 1 à 3, il s'agit d'un taraud qui, visuellement parlant, se différencie de prime abord de celui décrit dans le document FR-A-2.750.352 par le fait que, si les trois molettes filetées 4, 5, 6 sont bien montées folles en rotation dans trois cavités périphériques respectives régulièrement réparties autour du corps massif inférieur 3 du taraud, ces cavités 7 sont identiques en forme aussi bien qu'en position axiale sur ce corps 3. Le décalage longitudinal des molettes est là-aussi réalisé, tel que décrit dans ce document FR-A-2.750.352 en jouant sur les longueurs des deux bouts d'axe d'extrémité 8, 9 de chaque molette. Celles-ci doivent donc être montées dans le corps 3 selon une succession bien précise, pour respecter la progression nécessaire au taraudage comme décrit dans ce document. Toutefois, chaque molette n'est pas associée à une cavité 7 bien particulière, et peu importe donc quelle est la cavité 7 qui va recevoir la première molette 4, ou molette d'attaque, de la série 4, 5, 6, cette molette d'attaque 4 étant bien entendu celle qui est la plus en aval sur le taraud. Outre cette simplicité d'utilisation, quant au remplacement des molettes par l'utilisateur après usure des molettes en place, cette configuration a pour avantage de simplifier grandement l'opération d'usinage du corps métallique 3. Ce taraud comporte, à l'instar de celui selon le document FR-A- 2.750.352, un embout 2 de section sensiblement carrée à l'extrémité supérieure de sa tige 1, ainsi qu'un couvercle d'extrémité 11 qui se fixe au corps 3, de manière amovible, par des vis respectives 12, 13, 14 et qui sert d'organe de retenue, dans leurs cavités réceptrices respectives 7, des bouts d'axe inférieurs 9 des molettes 4, ,6. Les bouts d'axe supérieurs 8 de ces molettes sont retenus dans leurs cavités respectives 7 grâce à un épaulement 10 du corps 3, ces trois épaulements remplaçant avantageusement la bague annulaire supérieure de retenue de ces bouts d'axe 8 qui est décrite dans ledit document FR-A-2.750.352. Des renfoncements respectifs 16, 17 sont usinés dans le corps 3 pour recevoir, à frottement doux, les bouts d'axe respectifs 9, 8 de chacune des molettes. Outre ces intéressantes particularités de simplification mécanique, ce taraud présente, selon l'invention, des caractéristiques très particulières concernant la progression des diamètres des filets d'attaque de ces molettes, caractéristiques qui seront maintenant décrites en référence aux figures 4 à 6. Si l'on se reporte en effet à la figure 3 du document FR-A-2.750.352, on se souvient que, sur ce taraud de l'art antérieur, les diamètres des premiers filets, ou filets d'attaque (repérés 151, 152, 153 sur ce document antérieur), de chaque molette croissent progressivement jusqu'à atteindre, pour le quatrième filet 154, le diamètre final effectivement nécessaire pour effectuer le taraudage. Ceci permet non seulement d'assurer le centrage du taraud dans l'orifice à tarauder, mais encore de commencer le taraudage de manière suffisamment progressive pour ne pas risquer de déchirer le métal. A l'essai, force a été de constater qu'en réalité seuls les filets d'attaque successifs de la molette la plus en aval sur le taraud, ou molette d'attaque, s'usent, et donc travaillent, pratiquement seuls. A la réflexion, compte tenu du déplacement longitudinal du taraud dans le trou à tarauder, finalement le premier filet de la deuxième molette et le premier filet de la troisième molette ne font que passer dans l'amorce de filet créée par le premier filet de la molette d'attaque, sans agrandir donc cette amorce sauf à néanmoins compenser un léger retrait du métal. Tel n'est pas le cas pour le taraud conforme à la présente invention. En effet, pour ce taraud et tel qu'on l'a schématisé de façon volontairement exagérée en dimensions sur la figure 5, le diamètre 02 du premier filet, ou premier filet d'attaque, Fl.5 de la deuxième molette 5 est légèrement 0o supérieur au diamètre 01 du premier filet Fl.4 de la première molette 4, ou molette d'attaque, et de même façon le diamètre 03 du premier filet Fl.6 de la troisième molette 6 est légèrement supérieur à celui 02 du premier filet Fl.5 de la deuxième molette 5, tout en restant néanmoins inférieur au diamètre 04 du deuxième filet F2.4 de la molette d'attaque 4. De la sorte, le filet Fl.5 vient agrandir l'amorce de filetage déjà créée par le filet F1.4, et de même façon le filet F1.6 vient encore agrandir cette amorce avant qu'elle ne soit prise en charge par le deuxième filet F2.4 de la molette d'attaque 4. Ainsi, non seulement le travail et l'usure des trois premiers filets d'attaque sont uniformes pour les trois molettes, mais encore la création de l'amorce de filet par déformation de matière est plus efficace car réalisée bien plus uniformément. Avantageusement, cette particularité ne s'arrête pas aux trois premiers filets d'attaque Fl.4, Fl.5, Fl.6, et il en est de même pour les trois filets d'attaque successifs suivants F2.4 à F4.6 dont les diamètres 04 à 012 croissent progressivement de façon analogue (figures 4 et 6) jusqu'à finalement atteindre, pour le cinquième filet F5.4 de la première molette, la valeur finale 013 qui reste alors la même pour les trois derniers filets de chacune des molettes 4, 5, 6. La figure 6 donne la courbe de variation, pour ce taraud comportant trois molettes et utilisé pour le taraudage dans une matière de référence U. S. " A 659 CQ ", de diamètre È4 des filets d'attaque successifs de diamètres 01, 02,..., 013,..., par rapport au diamètre 01 du premier filet F1.4 de la molette d'attaque 4, en fonction du numéro 1, 2,..., 13,..., N du filet qui correspond à ces diamètres successifs 01, 02,..., 013,... On notera que cette courbe est un polynôme du second degré qui est plus précisément de la forme: (en millimètres) = a. N2 + b. N - (a + b), les constantes a et b étant des nombres positifs qui dépendent en particulier des caractéristiques physiques des molettes et de leur nombre, mais étant toutefois tels que la première décimale du coefficient a est située trois chiffres après la virgule, tandis que la première décimale du coefficient b est située deux chiffres après la virgule. Les figures 7 à 11 sont relatives à un taraud semblable à celui qui vient d'être décrit, mais comportant cinq molettes 24 à 28 au lieu de trois. Pour ce taraud, les figures 7, 8, 9, 10, 11 sont respectivement les homologues des figures 1, 2, 3, 4, 6 relatives au taraud à trois molettes qui vient d'être décrit. De même que précédemment, chaque molette comporte quatre filets de progression F1, F2, F3, F4, avant d'atteindre le filet final F5. Comme précédemment, les diamètres successifs 01 à 020 (figure 10) des filets de progression, répartis sur les cinq molettes comme ils l'étaient ci- devant pour les trois molettes, croissent progressivement selon une courbe de variation en polynôme du second degré, jusqu'à atteindre la valeur finale et définitive 021 qui reste alors inchangée pour ici les quatre derniers filets de chaque molette. Pour le taraudage du même matériau que précédemment, la courbe de progression 60 de diamètre des filets par rapport au diamètre 01 du premier filet d'attaque Fl de la molette d'attaque 24 est la suivante: (mm) = 0,0026. N2 + 0,0438. N - 0,0464, et l'on voit qu'une telle courbe possède bien la propriété générale, conforme à l'invention, selon laquelle le coefficient constant a du terme du second degré a.N2 est tel que sa première décimale est placée trois chiffres après la virgule, tandis que le coefficient constant b du terme du premier degré b.N est tel que sa première décimale est placée deux chiffres après la virgule. Une autre particularité intéressante de ce dernier taraud est qu'il ne possède plus de cavités individuelles 7 de réception de chaque molette, le corps du taraud étant en remplacement simplement constitué, à l'endroit o il est entouré par le jeu de molettes 24, 25, 26, 27, 28, par une âme cylindrique 18 coaxiale à la tige 1 du taraud et de diamètre inférieur à celui de son couvercle d'extrémité 11 et d'une collerette annulaire 19 alors formée par la partie supérieure du corps 3 de ce taraud. Contrairement à ce que pourrait à priori penser l'Homme de l'Art, une telle disposition, absente donc de cavités réceptrices pour les molettes respectives, confère au taraud une solidité mécanique suffisante. A noter qu'une telle disposition est utilisable quel que soit le nombre de molettes, et le choix à faire dépendra en fait des dimensions du taraud ainsi que i5 du nombre et des dimensions de ces molettes. Par exemple, une construction à trois molettes et à cavités réceptrices 7 sera bien adaptée à un taraud destiné à être utilisé pour fileter de petits orifices, par exemple d'un diamètre de l'ordre de 2 à 3 centimètres pour fixer les idées. Pour des orifices d'un diamètre nettement plus important, il sera préférable d'utiliser par exemple un taraud à cinq molettes et à âme cylindrique 18 pour son corps principal 3. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée aux deux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, et l'on peut très bien concevoir ainsi un taraud à quatre molettes ou à plus de cinq molettes. REVENDICATIONS 1. Taraud à déformation de matière par molettes filetées et rotatives, ce taraud comportant un corps rigide (3) dont les dimensions radiales sont inférieures à celles du trou à tarauder, et qui sert de support à plusieurs molettes rotatives périphériques (4, 5, 6), qui sont espacées et montées folles dans ce corps rigide (3), chacune de ces molettes rotatives étant pourvue de filets annulaires (F), ces filets n'étant pas en spirale mais purement circulaires et étant séparés l'un de l'autre d'une distance égale au pas du filetage à réaliser, ces filets annulaires étant coaxiaux et d'axe commun incliné, par rapport à l'axe du taraud, d'un angle égal à l'angle d'hélice du filetage à réaliser, chacune de ces molettes (4, 5, 6) dépassant suffisamment de la surface périphérique dudit corps rigide pour combler à cet endroit le morceau d'espace tubulaire restant entre ledit corps rigide (3), positionné coaxialement au trou à tarauder, et le filetage à réaliser, ces molettes étant positionnées pour que le premier filet annulaire (FI.5), ou filet d'attaque, de la deuxième molette (5) soit décalé axialement, par rapport à celui (Fl.4) de la première molette (4), ou molette d'attaque, d'une fraction de pas égale au nombre de molettes, et ainsi de suite d'une molette à la suivante, les diamètres (0) des premiers filets annulaires, ou filets d'attaque (F1 à F4), de chaque molette étant inférieurs à celui nécessaire pour réaliser le filetage souhaité, et croissant progressivement jusqu'à finalement aboutir à celui (F5) finalement nécessaire pour la réalisation de ce filetage, caractérisé en ce qu'en outre le diamètre respectif (0) du premier (F1) de ces filets d'attaque augmente progressivement, de la 1l première molette (4), ou molette d'attaque, à la dernière (6), atteignant pour cette dernière molette une valeur (Fl. 6) qui reste néanmoins inférieure à celle du deuxième filet (F2.4) de ladite première molette (4). 2. Taraud selon la revendication 1, caractérisé en ce que les diamètres respectifs (0) des filets d'attaque suivants (F2 à F4) de toutes ces molettes (4 à 6) croissent aussi pour chacun de ces filets d'attaque respectifs, de la première molette (4) à la dernière (6). 3. Taraud selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la courbe de variation de diamètre (60) des diamètres (01, 02, 03,...) des filets d'attaque successifs (Fl.4, F1.5, FI.6,...) par rapport au diamètre (01) du premier filet (F1.4) de la molette d'attaque (4) en fonction du numéro (N) du filet qui correspond à ces diamètres successifs (01, 02, 03,...) est un polynôme du second degré de la forme: = a. N2 +b. N- (a + b) a et b étant des constantes positives. 4. Taraud selon la revendication 3, caractérisé en ce que, la variation (60) étant exprimée en millimètres, la première décimale du coefficient a est située trois chiffres après la virgule, tandis que la première décimale du coefficient b est située deux chiffres après la virgule. 5. Taraud selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les molettes (4, 5, 6) étant montées dans des cavités périphériques respectives (7) régulièrement autour du corps (3) du taraud, ces cavités (7) sont identiques en forme aussi bien qu'en position axiale sur ce corps (3). 6. Taraud selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que ces molettes (24, 25, 26, 27, 28) ne sont pas reçues dans des cavités périphériques réceptrices respectives (7), le corps du taraud étant en remplacement simplement constitué, à l'endroit o il est entouré par le jeu de molettes (24, 25, 26, 27, 28), par une âme cylindrique (18) coaxiale à la tige (1) du taraud et de diamètre inférieur à celui de son couvercle d'extrémité (11) et d'une collerette annulaire (19) alors formée par la partie supérieure du corps (3) de ce taraud.