Brevet FR3092507A1 — publié le 20200814

Description Titre de l'invention : FRAISE EN BOUT COMPORTANT UNE DEPOUILLE PLATE A RIGIDITE RENFORCEE Domaine de l'invention [0001] La présente invention concerne une fraise en bout pour usiner un alliage résistant à la chaleur (à base de titane et de nickel), dans laquelle des résistances mécaniques d'une dépouille plate et d'une dépouille excentrique sont combinées. Etat de la technique [0002] Une fraise en bout en tant qu'outil rotatif tel qu'un foret comporte au moins une partie coupante ayant des dents coupantes usinées selon un axe d'outil et une partie de queue partant de la partie coupante. La partie coupante comporte une pluralité de dents coupantes et de goujures agencées en alternance depuis une extrémité avant de celles-ci jusqu'à une surface périphérique de celles-ci. La fraise en bout est un outil largement utilisé pour l'usinage de précision du métal, dans laquelle des lames de côté (lames périphériques extérieures) de celle-ci sont utilisées pour couper la surface périphérique d'une pièce de fabrication, et des lames de dessous de celle-ci sont utilisées pour couper une surface supérieure de la pièce de fabrication. [0003] Un espace dénommé « dépouille » est prévu dans chacune des lames de côté de la fraise en bout pour réduire un frottement entre les dents coupantes et une pièce de fabrication en éliminant une surface circonférentielle extérieure d'un arrière d'une arête coupante au niveau d'une lèvre de celle-ci. Une dépouille plate formée en usinant une lèvre en une surface plate ; une dépouille concave formée en usinant une lèvre en une surface concave ; et une dépouille excentrique formée en usinant une lèvre en une surface convexe sont largement utilisées en tant que dépouille de lame de côté. En particulier, la dépouille concave est une dépouille d'une forme concave nécessairement générée lorsqu'une meule ayant une surface circonférentielle extérieure et usinant un outil usine la dépouille plate, et toutes les dépouilles plates varient en termes de degré mais prennent des formes de méplats concaves. La plupart des dépouilles plates sont pourvues d'une surface de dépouille, mais lorsqu'un diamètre d'un outil est grand, une surface de dépouille secondaire est également formée pour se poursuivre jusqu'à une surface de dépouille primaire de façon à garantir davantage d'espace. [0004] Une surface de dépouille plate formée en une surface plate est plus facile à usiner qu'une surface de dépouille excentrique formée en une surface incurvée. De plus, une dent coupante dotée (le la dépouille plate est plus mince et plus pointue qu'une dent coupante dotée de la dépouille excentrique, qui est une surface incurvée, ayant ainsi une excellente usinabilité. De plus, la dépouille plate mentionnée ci-dessus fournit un 2 espace relativement plus large entre une pièce de fabrication et des dents coupantes que la dépouille excentrique, la dépouille plate présente ainsi une meilleure performance de rejet de chaleur que la dépouille excentrique. Au contraire, la dépouille excentrique est fabriquée de façon convexe et ainsi ses dents coupantes sont épaisses. En conséquence, la dépouille excentrique a une rigidité plus élevée et une durée de vie plus longue que la dépouille plate. Puisque la fraise en bout est un consommable, la dépouille excentrique ayant une rigidité plus élevée et une durée de vie plus longue que la dépouille plate est largement utilisée dans l'industrie. [0005] Ces derniers temps, l'utilisation d'un alliage de température élevée augmente dans divers domaines y compris l'aéronautique. Lors de la coupe de pièces de fabrication de l'alliage de température élevée, la distribution de chaleur et le rejet de chaleur d'une fraise en bout ont davantage d'influence sur la durée de vie de la fraise en bout que sa rigidité. En conséquence, la dépouille plate, qui présente une meilleure performance de rejet de chaleur dans une lame de côté que la dépouille excentrique, est plus avantageuse pour usiner l'alliage de température élevée que la dépouille excentrique. Lorsque la lame de côté de la fraise en bout s'use pendant la coupe, une zone de contact de la dépouille excentrique de celle-ci avec une pièce de fabrication s'élargit, de sorte qu'une performance de rejet de chaleur de la fraise en bout se détériore. Cependant, la dépouille plate n'est absolument pas avantageuse puisqu'une faiblesse de la dépouille plate dotée d'une faible rigidité de la lame de côté se vérifie toujours même lors du traitement d'alliage de température élevée. Exposé de l'invention [0006] En conséquence, la présente invention a été réalisée en gardant à l'esprit les problèmes ci-dessus se produisant dans l'art connexe, et la présente invention vise à proposer une fraise en bout, qui combine des résistances mécaniques d'une dépouille plate et d'une dépouille excentrique, présentant une excellente rigidité et une caractéristique de rejet de chaleur. [0007] Étant donné que la dépouille plate a une meilleure caractéristique de rejet de chaleur que la dépouille excentrique et qu'un outil doté de la dépouille excentrique présente quand même une excellente rigidité, la présente invention vise à proposer une fraise en bout pour un alliage résistant à la chaleur qui présente une performance de rejet de chaleur améliorée et conserve une excellente rigidité. [0008] Afin de parvenir à l'objectif ci-dessus, un aspect de la présente invention concerne une fraise en bout comportant : une partie coupante ayant une pluralité de lames de dessous au niveau d'une extrémité avant de celle-ci et une pluralité de lames de côté au niveau d'une surface périphérique de celle-ci ; et une partie de queue partant de la partie coupante selon un axe central de la partie coupante dans une direction longi- 3 tudinale de celle-ci, dans laquelle une surface de dépouille plate excentrique (ELF) est prévue dans une lèvre d'au moins une lame de côté de la pluralité de lames de côté, la surface de dépouille plate excentrique ayant au moins trois surfaces de dépouille plate consécutives partant d'une arête coupante. Dans le même temps, la dépouille plate est usinée par une meule circulaire, ainsi bien qu'une surface plate soit usinée par n'importe quelle grande meule, la surface plate peut devenir une surface concave dans une plage d'erreurs prédéterminée. Lorsque l'on prend cela en considération, au moins trois dépouilles plates de la présente invention qui constituent une dépouille plate excentrique peuvent comporter des surfaces concaves ou des dépouilles concaves réalisées en raison de tolérances d'usinage pendant l'usinage plat. [0009] Par exemple, la surface de dépouille plate excentrique peut être matérialisée pour comporter trois surfaces de dépouille plate qui ont une première surface de dépouille plate formant l'arête coupante avec une surface d'inclinaison, une deuxième surface de dépouille plate partant de la première surface de dépouille plate, et une troisième surface de dépouille plate partant de la deuxième surface de dépouille plate. [0010] En outre, la surface de dépouille plate excentrique peut de préférence suivre une tra- jectoire d'une dépouille excentrique classique. Par exemple, un angle de dépouille obtenu sur lesdites au moins trois surfaces de dépouille plate peut être de préférence de 5° à 20°. L'angle de dépouille peut être obtenu par un arc tangent d'une pente maximale en comparaison à une distance la plus courte desdites au moins trois surfaces de dépouille plate. Par rapport à une section perpendiculaire à l'axe central, la pente maximale peut être une distance maximale dans une direction normale depuis une surface circonférentielle extérieure virtuelle définie par l'arête coupante jusqu'auxdites au moins trois surfaces de dépouille plate. [0011] La fraise en bout selon la présente invention comporte « la surface de dépouille plate excentrique » (surface ELF) ayant les au moins trois surfaces de dépouille plate consécutives agencées le long d'une trajectoire de la dépouille excentrique. [0012] « La dépouille plate excentrique » est fournie en ayant de façon répétée une surface de dépouille plate formée en une surface plate, et en conséquence, présente l'excellente maniabilité d'une dépouille plate classique et conserve une usinabilité et une performance de rejet de chaleur plus excellentes encore qu'une dépouille excentrique classique. Par ailleurs, la dépouille plate excentrique est agencée le long de la trajectoire de la dépouille excentrique et a une dent coupante plus épaisse qu'une dent coupante de la dépouille plate classique. En conséquence, la dépouille plate excentrique présente une excellente rigidité. Brève description des dessins [0013] Les objets, particularités ci-dessus et autres avantages, ainsi que d'autres avantages de la présente invention seront compris plus précisément à partir de la description détaillée qui suit lorsqu'elle est prise conjointement avec les dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : Ifig.1 l est une vue illustrant une fraise en bout selon un mode de réalisation de la présente invention ; [0014] [fig.2] est une vue illustrant une surface avant de la fraise en bout selon le mode de réalisation de la présente invention ; [0015] [fig.3] est une vue illustrant une dépouille plate excentrique selon le mode de réa- lisation de la présente invention ; [0016] [fig.4] illustre des images dans lesquelles des arêtes coupantes de la fraise en bout de la présente invention et une fraise en bout de comparaison après une coupe de côté sont prises ; et [0017] [fig.5] illustre des images dans lesquelles des arêtes coupantes de la fraise en bout de la présente invention et la fraise en bout de comparaison après rainurage sont prises. Description détaillée de l'invention [0018] La présente invention sera décrite ci-après plus en détail en référence aux dessins qui l'accompagnent. [0019] En se référant à la figure 1, une fraise en bout 10 selon la présente invention comporte une partie coupante 20 formée selon un axe central 11 et une partie de queue 30 prévue au niveau d'une extrémité arrière de la partie coupante 20. Bien que la fraise en bout 10 de la figure 1 soit une fraise en bout d'un type plein normal, la fraise en bout n'est pas limitée à celui-ci et divers types de fraises en bout tels qu'un type de poupée-diviseur ou un type à braser peuvent être utilisés. [0020] Comme l'illustre la figure 1, la fraise en bout 10 est une fraise en bout carrée, dans laquelle une extrémité avant 21 de la partie coupante 20 de celle-ci est plate, mais toute fraise en bout classique peut être utilisée en tant que fraise en bout. Par exemple, la fraise en bout de la présente invention peut être appliquée à un type sphérique (bout sphérique), un type conique, et un type conique et sphérique classés selon une extrémité avant de la partie coupante 20. En outre, la partie de queue 30 peut également être fabriquée selon tout type de queue parmi une queue droite, une queue plate, une queue combinée, ou une queue conique. En outre, la fraise en bout de la présente invention peut être appliquée même sur un outil ayant une pluralité de parties coupantes agencées sur une queue. [0021] La partie coupante 20 comporte une pluralité de dents coupantes 23 et de goujures 24 agencées en alternance de l'extrémité avant 21 à une surface périphérique 22. Chacune des dents coupantes 23 comporte une lame de dessous 25 prévue au niveau de l'extrémité avant 21 et une lame de côté 26 formée sur la surface périphérique 22 en partant de la lame de dessous 25, et est agencée en spirale le long d'une âme de la partie coupante 20. Ici, la fraise en bout 10 de la présente invention doit avoir une pluralité de lames de côté 26. [0022] En se référant aux figures 2 et 3, dans la fraise en bout 10 de la présente invention, au moins trois surfaces de dépouille plate consécutives partant d'une arête coupante 46 sont agencées dans une lèvre 41 d'au moins une lame de côté 26 de la pluralité de lames de côté le long d'une trajectoire d'une dépouille excentrique. En conséquence, les au moins trois surfaces de dépouille plate doivent être agencées selon un arc circulaire placé sur le même rayon depuis un point central virtuel excentrique par rapport à l'axe central 11. Ci-après, les au moins trois surfaces de dépouille plate, qui sont agencées pour se poursuivre l'une l'autre le long d'une trajectoire de la dépouille excentrique, sont dénommées « la dépouille plate excentrique » (simplement dénommée « ELF »). Dans le même temps, la dépouille plate est usinée par une meule circulaire, ainsi bien qu'une surface plate soit usinée par n'importe quelle grande meule, la surface plate peut devenir une surface concave dans une plage d'erreurs prédéterminée. Lorsque l'on prend cela en considération, les au moins trois dépouilles plates qui constituent une dépouille plate excentrique peuvent comporter une surface concave ou une dépouille concave réalisée en raison de tolérances d'usinage pendant l'usinage plat. [0023] « La dépouille plate excentrique » est fournie en ayant de façon répétée une surface de dépouille plate formée en une surface plate, et en conséquence, présente l'excellente maniabilité d'une dépouille plate classique et conserve une usinabilité et une performance de rejet de chaleur plus excellentes encore qu'une dépouille excentrique classique. Par ailleurs, la dépouille plate excentrique est agencée le long de la trajectoire de la dépouille excentrique et a une dent coupante plus épaisse qu'une dent coupante de la dépouille plate classique. En conséquence, la dépouille plate excentrique présente une excellente rigidité. [0024] Chacune des dents coupantes 23 illustrées sur la figure 2 est un exemple dans lequel la dépouille plate excentrique ayant les trois surfaces de dépouille plate est prévue dans la lèvre 41, et une surface de dépouille plate excentrique comporte une première surface de dépouille plate 43 formant l'arête coupante 46 avec une surface d'inclinaison 42, une deuxième surface de dépouille plate 44 partant de la première surface de dépouille plate 43, et une troisième surface de dépouille plate 45 partant de la deuxième surface de dépouille plate 44. Comme l'illustre la figure 3, une trajectoire virtuelle ER de la dépouille excentrique est l'arc circulaire reliant deux extrémités tl et t4 de la lèvre 41 l'une à l'autre en vue depuis une section perpendiculaire à l'axe central 11. Les première à troisième surfaces de dépouille plate 43, 44, et 45 doivent suivre la trajectoire d'une dépouille excentrique. En conséquence, des extrémités 6 opposées il et t2 de la première surface de dépouille plate 43, des extrémités opposées t2 et t3 de la deuxième surface de dépouille plate 44, et des extrémités opposées t3 et t4 de la troisième surface de dépouille plate 45 sont agencées sur la trajectoire virtuelle ER de la dépouille excentrique. [0025] Lorsqu'on considère que la dépouille excentrique est conçue pour avoir un angle de dépouille de 5° à 20', la dépouille plate excentrique a également de préférence un angle de dépouille de 5° à 20°. L'angle de dépouille de la dépouille plate excentrique de la présente invention est obtenu par l'équation 1 suivante. [0026] angle ELF = tan-1( p 100271 Ici, a est une distance la plus courte de la dépouille plate excentrique, c'est-à-dire une distance la plus courte des extrémités opposées de la lèvre 41.13 est une pente maximale entre la surface de dépouille plate excentrique et une surface circonférentielle extérieure e, et est mesuré sur une normale perpendiculaire à la surface circonférentielle extérieure (ou une ligne centrale f passant par l'axe central). Exemples [0028] Pour évaluer la performance de la dépouille plate excentrique de la présente invention, (1) la fraise en bout de la présente invention ayant la dépouille plate excentrique et (2) une fraise en bout de comparaison ayant la dépouille excentrique à des fins de comparaison, sont préparées, des matériaux de travail réalisés en le même alliage étant traités dans le même procédé d'usinage. [0029] L'évaluation a été réalisée en utilisant la fraise en bout ayant un diamètre extérieur de 010 mm, et un super alliage résistant à la chaleur Inconel 718 (un alliage en nickel) a été utilisé en tant que matériau de travail. Des procédés de traitement appliqués à l'évaluation comportent le rainurage dans lequel des rainures sont traitées en utilisant les lames de côté et de dessous, et une coupe de côté dans laquelle une surface périphérique d'un matériau de travail est traitée en utilisant la lame de côté, et une huile de coupe a été utilisée pour le refroidissement au cours du rainurage et de la coupe de côté. Chaque condition de coupe est montrée dans le tableau 1 suivant. [0030] 7 [Tableaux1] Condition de coupe Rainurage Tour par minute 796 Alimentation 96 Ac 1,0 x D Ap 0,6 x D Condition de coupe Coupe de côté Tour par minute 1019 Alimentation 130 Ae 0,30 x D Ap 0,80 x D Type de porte-outil Mandrin de meulage, BT 50 Matériau de travail Inconel [Inconel 718 HRc 39] Procédé de refroidissement Coupe à l'eau (soluble dans l'eau) 9% [0031] Dans le tableau 1, Ae désigne la profondeur radiale, Ap désigne une profondeur axiale, et D désigne un diamètre extérieur de la fraise en bout. En conséquence, dans la présente évaluation, le super alliage résistant à la chaleur Inconel 718 est usiné par la fraise en bout ayant un diamètre extérieur de 10 mm, dans lequel le super alliage résistant à la chaleur a une profondeur radiale de 3 mm et une profondeur axiale de 8 mm traitées par la coupe de côté, et une profondeur radiale de 10 mm et une profondeur axiale de 6 mm traitées par le rainurage. [0032] La figure 4 illustre (a) des images d'arêtes coupantes de la fraise en bout de la présente invention et de la fraise en bout de comparaison prises avant l'évaluation, (b) des images des arêtes coupantes des fraises en bout prises après avoir formé une longueur de coupe de 1,6 m par la coupe de côté, (c) des images des ai-êtes coupantes de celles-ci prises après avoir formé une longueur de coupe de 4,8 m par la coupe de côté, et (d) des images des arêtes coupantes de celles-ci prises après avoir formé une longueur de coupe de 6,4 m par la coupe de côté. 100331 La figure 5 illustre (a) des images d'arêtes coupantes de la fraise en bout de la présente invention et de la fraise en bout de comparaison prises avant l'évaluation, (b) des images des arêtes coupantes des fraises en bout prises après avoir formé une longueur de coupe de 0,8 m par le rainurage, (c) des images des arêtes coupantes de celles-ci prises après avoir formé une longueur de coupe de 2,4 m par le rainurage, et (d) des images des arêtes coupantes de celles-ci prises après avoir formé 8 une longueur de coupe de 4 ni par le rainurage. [0034] En se référant aux figures 4 et 5, lorsque le même matériau de travail est traité selon la même condition de traitement, l'arête coupante de la fraise en bout de la présente invention est considérablement moins endommagée que l'arête coupante de la fraise en bout de comparaison dotée de la dépouille excentrique. [0035] Bien que le mode de réalisation préféré de la présente invention ait été décrit à des fins d'illustration, l'homme du métier appréciera que divers modifications, ajouts et substitutions sont possibles, sans s'éloigner de la portée ni de l'esprit de l'invention divulguée dans les revendications annexes. [0036] Liste des références [0037] 10 : fraise en bout 11 : axe central [0038] 20 : partie coupante 21 : extrémité avant [0039] 22 : surface périphérique 23 : dents coupantes [0040] 24 : goujures (flutc) 25 : lame de dessous [0041] 26 : lame de côté 30 : partie de queue [0042] 41 : lèvre 42: surface d'inclinaison [0043] 43 : première surface de dépouille plate 44 : deuxième surface de dépouille plate [0044] 45 : troisième surface de dépouille plate 46 : arête coupante [0045] c : surface circonférentielle extérieure f : ligne centrale [0046] ER : trajectoire virtuelle [0047] ti, t2, t3, t4 : extrémités opposées des première à troisième surfaces de dépouille plate 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3]