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"Structure de coupe"
Domaine de l'invention
Cette invention se rapporte dans l'ensemble à des inserts ou comprimés très abrasifs pour de la coupe abrasive de roche et d'autres matières dures. Plus particulièrement, l'invention concerne des géométries améliorées d'interface pour des comprimés de diamant polycristallin (PDC =
Polycrystalline Diamond Compact) utilisés dans des trépans, des élargisseurs et d'autres outils de fond de trou, utilisés pour former des trous forés dans des formations souterraines.
Arrière plan technologique
Des trépans pour du forage de champs pétroliers, pour la mine et pour d'autres utilisations comprennent typiquement un corps métallique dans lequel sont incorporés des couteaux. Des couteaux de ce genre, également connus dans le métier en tant que qu'inserts, comprimés, boutons et outils de coupe sont typiquement fabriqués en formant une couche très abrasive sur l'extrémité d'un substrat en carbure fritté. A titre d'exemple, du diamant polycristallin, ou une autre matière abrasive appropriée, peut être fritté sur la surface d'un substrat de carbure cémenté, sous hautes pression et température, pour former un PDC. Pendant ce processus, un adjuvant de frittage tel que du cobalt peut être mélangé au préalable à du diamant en poudre ou être déplacé du substrat dans le diamant.
L'adjuvant de frittage agit également comme une phase de liaison continue entre le diamant et le substrat.
En raison de différents coefficients de dilatation thermique et modules de compression, de grandes tensions résiduelles d'amplitudes variables et en différents endroits peuvent subsister dans le couteau à la suite d'un refroidissement et d'un relâchement de la pression. Ces tensions complexes sont concentrées près de l'interface diamant/substrat. En fonction
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de la construction du couteau, de la direction de n'importe quelles forces appliquées, et de l'endroit particulier dans le couteau sous un examen minutieux, les tensions peuvent être soit de compression, soit de traction ou encore de cisaillement. Dans la configuration d'interface diamant/substrat, toute charge de compression ou de traction non hydrostatique exercée sur le couteau produit des tensions de cisaillement.
Des tensions résiduelles, à l'interface entre la table de diamant et le substrat peuvent donner lieu à une défaillance du couteau lors du refroidissement ou en cours d'utilisation subséquente sous de grandes forces thermiques et fractionnées, en particulier en ce qui concerne des couteaux de grands diamètres.
Pendant des opérations de forage, des couteaux sont soumis à de très grandes forces dans différentes directions et la couche de diamant peut se casser, se séparer en lames et/ou s'écailler beaucoup plus tôt que si ce n'était amorcé par une usure abrasive normale de la couche de diamant. Ce type de défaillance prématurée de la couche de diamant et de défaillance à l'endroit de l'interface diamant/substrat peut être accru par la présence de grandes tensions résiduelles dans le couteau.
Typiquement, la matière utilisée comme substrat, c'est-à-dire du carbure comme du carbure de tungstène, a un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui de la matrice de diamant. Cette inadaptation des coefficients de dilatation thermique provoque de fortes tensions résiduelles dans le couteau de PDC pendant le processus de fabrication à haute pression et à haute température. Ces tensions induites de fabrication sont complexes et d'une nature non uniforme et mettent ainsi souvent la table de diamant du couteau en tension en des endroits le long de l'interface table/substrat.
De nombreuses tentatives ont été faites pour procurer des couteaux de PDC qui soient résistants à une défaillance prématurée.
L'utilisation d'une couche de transition d'interface avec des propriétés de matière intermédiaires à celles de la table de diamant et du substrat est connue dans le métier. Le façonnage de couteaux avec des rainures ou évidements non continus dans le substrat rempli de diamant est également mis en pratique comme le sont des façonnages de couteaux présentant des rainures circulaires
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concentriques ou une rainure en spirale.
La littérature des brevets révèle une variété de conceptions de couteaux dans lesquelles l'interface diamant/substrat est à trois dimensions c'est-à-dire que la couche de diamant et/ou le substrat ont des parties qui font saillie dans l'autre élément afin de s'y ancrer . La forme de ces saillies peut être plane ou arquée ou des combinaisons de ceci.
Le US-A-5 351 772 de Smith montre différents modèles de façonnages d'interfaces dirigés radialement, sur la surface du substrat ; les façonnages font saillie dans la surface de diamant.
Comme montré dans le US-A-5 486 137 de Flood et al., la surface de diamant d'interface présente un modèle d'éléments radiaux non raccordés qui font saillie dans le substrat ; l'épaisseur de la couche de diamant décroît vers l'axe central du couteau.
Le US-A-5 590 728 de Matthias et al. décrit une variété de modèles d'interfaces dans lesquels une pluralité de nervures droites et arquées non raccordées ou de petites zones circulaires caractérisent l'interface diamant/substrat.
Le US-A-5 605 199 de Newton enseigne l'utilisation, à l'endroit de l'interface, de nervures qui sont parallèles ou radiales, avec un cercle agrandi de matière diamantée à la périphérie de l'interface.
Dans le US-A-5 709 279 de Dennis, l'interface diamant/substrat est montré être une surface sinusoïdale répétée, autour du centre axial du couteau.
Le US-A-5 871 060 de Jensen et al., cédé à la présente cessionnaire, montre des interfaces de couteaux qui présentent différentes saillies de type ovale ou rond. La surface d'interface est indiquée comme étant régulière ou irrégulière et peut comprendre des rainures de surface formées pendant ou après le frittage. Un substrat de couteau est décrit comme ayant une surface d'interface arrondie et une combinaison de rainures radiales et circulaires concentriques formées dans la surface d'interface du substrat.
Les opérations de forage soumettent les couteaux d'un trépan à des tensions extrêmement élevées, qui provoquent souvent une amorce de
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fissures et une défaillance subséquente de la table de diamant. Beaucoup d'efforts ont été consacrés par l'industrie pour réaliser des couteaux qui résistent à une détérioration et une défaillance rapide.
Chacune des références indiquées ci-dessus, incorporées ici à cet effet, décrit une configuration d'interface diamant/substrat en trois dimensions qui peut s'adapter à certaines tensions résiduelles dans le couteau. Néanmoins, la tendance à se casser, à se défolier et à se séparer en lames subsiste. Un couteau amélioré présentant une résistance accrue à une tel genre de dégradation est nécessaire pour l'industrie.
Résumé de l'invention
La présente invention procure un couteau de trépan comportant une interface diamant/substrat qui présente une résistance accrue à une cassure, une défoliation et une délaminage. L'invention procure également un couteau avec une configuration qui aide à fragmenter et isoler les zones de haute tension résiduelle de part et d'autre de la zone d'interface et à avoir la table diamantée avec un niveau de tension réduit. L'invention procure encore en plus un couteau avec une liaison accrue de la table diamantée sur le substrat.
L'invention comprend un couteau présentant une couche très abrasive qui recouvre et est attachée à un substrat. L'interface entre la couche très abrasive et le substrat est configurée pour permettre une optimisation de la tension préalable de compression radiale de la couche ou table diamantée. La configuration d'interface incorpore de préférence une interface à trois dimensions comportant des éléments ou nervures radiaux et au moins un élément annulaire dans l'ensemble, comme un élément circulaire ou polygonal, ou un élément annulaire façonné irrégulièrement et comprenant une combinaison de segments géométriques courbés et droits, agencés dans une configuration présélectionnée.
De préférence, les éléments radiaux et non radiaux sont interconnectés à des jonctions entre eux de manière à ce que la table diamantée soit dans une compression radiale et circonférentielle pratiquement uniforme. Ainsi, l'abaissement souhaité de la forte tension résiduelle de la table diamantée à l'intérieur et à l'extérieur de celle-ci donne
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lieu à une tension préalable de compression suivant deux axes et, au voisinage de l'interface, survient lors du refroidissement à partir du processus de fabrication à haute température et haute pression, utilisé pour former le couteau.
Une diminution de tension préalable de compression résiduelle radiale et circonférentielle de la table diamantée le long d'au moins l'interface de la table et du substrat contrecarre les forces superposées sur la table pendant du forage ou lorsque sont menées d'autres opérations de trou de sonde, en fonction de l'outil dans lequel le couteau est monté. La résistance à du délaminage est également accrue.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront des revendications secondaires et de la description des dessins qui sont annexés au présent mémoire et qui illustrent, à titre d'exemples non limitatifs, la structure de coupe ou couteau suivant l'invention.
Brève description des nombreuses vues des dessins
Les dessins suivants représentent différentes formes de réalisation de l'invention, non nécessairement dessinées à l'échelle.
La figure 1A est une vue en perspective d'un trépan à titre d'exemple, incorporant un ou plusieurs couteaux de trépan de l'invention.
La figure 1 B est une vue isométrique d'un couteau de trépan, à titre d'exemple, de l'invention.
La figure 2 est une vue éclatée isométrique d'un couteau de trépan, à titre d'exemple, de l'invention.
La figure 3 est une vue latérale en coupe transversale d'un couteau de trépan de l'invention, prise le long de la ligne 3-3 de la figure 2.
La figure 4 est une vue latérale en coupe transversale d'un couteau de trépan de l'invention, prise le long de la ligne 4-4 de la figure 2.
La figure 5 est une vue éclatée isométrique d'un autre couteau de trépan, à titre d'exemple, de l'invention.
La figure 6 est une vue latérale en coupe transversale d'un autre couteau de trépan, à titre d'exemple, de l'invention, prise le long de la ligne 6-
6 de la figure 5.
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La figure 7 est une vue latérale en coupe transversale d'un autre couteau de trépan, à titre d'exemple, de l'invention, prise le long de la ligne 7-
7 de la figure 5.
La figure 8 est une vue en plan d'une interface entre une table de diamant et un substrat d'un autre couteau de trépan, à titre d'exemple, de l'invention.
La figure 9 est une vue en plan d'une interface entre une table de diamant et un substrat d'un autre couteau de trépan, à titre d'exemple, de l'invention.
La figure 10 est une vue en plan d'une interface entre une table de diamant et un substrat d'un couteau de trépan, à titre d'exemple supplémentaire, de l'invention.
La figure 11est une vue éclatée isométrique d'un autre couteau de trépan de l'invention.
La figure 12 est une vue en plan d'une zone d'interface sur un substrat d'un autre couteau de trépan de l'invention.
La figure 13 est une vue latérale en coupe transversale d'un substrat d'un autre couteau de trépan de l'invention, prise le long de la ligne 13-
13 de la figure 12.
La figure 14 est une vue latérale en coupe transversale d'un substrat d'un autre couteau de trépan de l'invention, prise le long de la ligne 14-
14 de la figure 12.
La figure 15A est une vue frontale d'un autre couteau de trépan qui met en oeuvre la présente invention.
La figure 15B est une vue frontale d'encore un autre couteau de trépan qui met en #uvre la présente invention.
La figure 16 est une vue éclatée isométrique d'encore un autre couteau de trépan qui met en #uvre la présente invention.
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
Description détaillée de l'invention
Les nombreuses formes de réalisation représentées de l'invention
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illustrent différentes particularités qui peuvent être incorporées dans un couteau de trépan suivant une variété de combinaison.
L'invention consiste en un couteau de trépan 20 très abrasif, par exemple un comprimé de diamant polycristallin (PDC = Polycrystalline Diamond
Compact) qui a une interface 50 particulière à trois dimensions entre une table
30 très abrasive ou diamantée et un substrat 40. L'interface 50 entre la couche ou table très abrasive 30 et le substrat 40 est configurée pour permettre une optimisation des tensions de compression radiales et circonférentielles de la couche ou table diamantée 30 produites par le substrat 40.
Il devrait être compris que, lorsque la table diamantée 30 et le substrat 40 sont joints ou, énoncé de manière différente, co-joints à la périphérie pour former l'interface 50, cela est sensiblement complètement rempli là entre, c'est-à-dire qu'il n'y a de préférence essentiellement aucun espace restant non rempli entre le comprimé ou table très abrasif de diamant et la matière du substrat.
Aux figures 1A et 1 B est montré un exemple, qui n'est pas une limitation, d'un trépan tournant 10 qui incorpore au moins un élément coupant ou couteau de trépan 20 de l'invention. Le trépan 10 représenté est connu dans le métier comme étant un trépan à couteaux fixes utile pour forer dans des formations terrestres et est particulièrement approprié pour forer des puits pétroliers, de gaz et géothermiques. Les éléments coupants 20 de l'invention peuvent être avantageusement utilisés dans n'importe laquelle d'une ample variété de configurations de trépans 10 qui utilisent des éléments coupants.
Le trépan 10 comprend une tige de trépan 12 présentant une extrémité de broche conique 14 pour un raccordement fileté à un train de tige, non représenté, et comprend également un corps 16 présentant une face 18 sur laquelle des éléments coupants 20 peuvent être fixés. Le trépan 10 comprend typiquement une série d'ajutages 22 pour diriger de la boue de forage vers la face 18 du corps 16 en vue de déplacer des copeaux de formation vers le calibre de trépan 24 et pour faciliter un passage des copeaux à travers des encoches à débris 26, en passant par la tige de trépan 12 et jusqu'à l'annulaire entre le train de tiges et le trou de puits, vers la surface ou jusqu'à la surface pour être
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déchargés.
Il devrait être compris que les éléments coupants de la présente invention, comprenant les éléments coupants 20, peuvent être installés dans des trépans du genre à galets coniques, dans lesquels les éléments coupants sont installés de préférence sur un galet conique qui tourne, de manière à entrer en contact avec, en étant en mouvement, et à couper le façonnage.
Comme représenté aux figures 2 à 4, un couteau 20 typique de l'invention est cylindrique autour de son axe central longitudinal 28. Le couteau
20 comprend une table diamantée 30 avec une face de coupe 34 et une surface d'interface 32 adjacente d'une surface d'interface 42 d'un substrat 40 qui à même de résister à de grandes forces de forage appliquées, à la suite de la haute résistance de fixation réciproque, entre la table diamantée 30 et le substrat 40, prévue par la présente invention. Les surfaces d'interface 32 et 42, lorsqu'elles sont prises ensemble, sont considérées être l'interface 50 entre la table diamantée 30 et le substrat 40.
L'interface 50 est non plane dans l'ensemble, c'est-à-dire qu'elle à des caractéristiques à trois dimensions, et elle comporte des parties de la table diamantée 30 qui s'étendent dans et sont reçues par le substrat 40 et vice versa. La table 30 peut être façonnée en diamants, un composite de diamant ou une autre matière très abrasive. Le substrat 40 est typiquement façonné en une matière dure comme du carbure et de préférence du carbure de tungstène.
Comme cela est montré aux figures 2 à 4, le couteau 20 a une configuration de surface 46 de substrat à trois dimensions qui s'assortit ou se joint à la configuration de surface 36 de la table diamantée à trois dimensions.
Suivant l'invention, les configurations de surface 36,46 comprennent des parties 52 dressées ou en saillies et des parties 54 en creux ou de réception, complémentaires, qui comprennent au moins un élément annulaire comme des éléments annulaires complémentaires 60A, 60B dont des éléments annulaires distincts peuvent être circulaires, polygonaux ou une combinaison de ces deux et qui sont positionnés autour d'un axe de configuration 48. L'axe de configuration 48 peut coïncider avec l'axe central 28 du couteau. Chaque élément 60 annulaire, circulaire, polygonal ou de combinaison de ceux-ci comprend un anneau ; c'est-à-dire qu'il a une largeur
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radiale 78 relativement mince, de préférence inférieure ou approximativement égale à l'épaisseur de la table diamantée 30.
Une pluralité d'éléments radiaux
70 rayonnent dans l'ensemble vers l'extérieur à partir de l'axe de configuration
48, chaque élément radial 70 coupant l'élément ou les éléments 60 annulaires.
De plus, les éléments radiaux 70 peuvent avoir une largeur 82 soit constante soit changeante, la largeur 82 étant d'approximativement 0,04 à 0,4 fois le diamètre de couteau 80. Enoncé différemment, la largeur 82 ne dépasse pas de préférence l'épaisseur maximale approximative de la table diamantée 30.
Cependant la largeur 82 peut dépasser les plages préférées si cela est souhaité.
Le nombre d'éléments radiaux 70 peut varier entre approximativement trois et approximativement vingt-cinq ou plus. Typiquement, le nombre d'éléments radiaux 70 est d'approximativement six à quinze, en fonction d'une aptitude à des conditions d'utilisation particulières.
Comme cela est montré dans la forme de réalisation des figures 2 à 4, deux éléments 60A, 60B annulaires polygonaux concentriques sont joints uniformément par des éléments radiaux 70 ; ni les éléments 60A, 60B circulaires ou façonnés de manière annulaire ni les éléments radiaux 70 ne s'étendent vers l'extérieur jusqu'à la périphérie 56 du couteau 20. Dans ces figures, les éléments annulaires polygonaux 60A, 60B et les éléments radiaux 70 qui les coupent font saillie de la table diamantée 30.
Il est également représenté aux figures 2 à 4 une autre particularité, la table diamantée 30 comportant un rebord périphérique 38 qui s'étend vers le bas dans le substrat 40 pour circonscrire celui-ci. Ceci laisse une partie 58 dressée, ou en saillie, du substrat 40 qui finalement donne une tension préalable à la configuration de surface polygonale 36 de la table diamantée 30 selon une compression lors de la solidification et des refroidissement et suppression de pression subséquents du couteau 20 pendant son processus préféré de fabrication après haute température et haute pression.
Une particularité préférée de la présente invention consiste en l'exclusion d'éléments radiaux 70 qui s'étendent dans la partie la plus interne
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dans l'ensemble, de l'élément annulaire 60A.
Les configurations de surface 36,46 peuvent avoir un ou, en variante, une pluralité d'éléments annulaires polygonaux 60A, 60B concentriques ou non concentriques, avec au moins quatre côtés 66. De préférence, les éléments annulaires polygonaux 60 ont au moins six côtés 66.
Les éléments radiaux 70 et les éléments 60A, 60B annulaires / circulaires / polygonaux sont dans l'ensemble raccordés de préférence à des jonctions telles que la table diamantée 30 soit en compression radiale et circonférentielle pratiquement uniforme, de façon à être précontrainte par compression. De préférence, la partie interne de la table diamantée 30 est mise en compression radiale et l'extérieur de la table diamantée 30 est mise en précontrainte circonférentielle de sorte que le résultat net est que le couteau décrit présente une table diamantée 30 qui a un état de compression plus favorable.
Une précontrainte de ce genre apparaît lors d'un refroidissement du couteau 20 à partir d'un processus de fabrication à haute température et haute pression, utilisé pour façonner, sur le substrat de carbure façonné au préalable, le comprimé très abrasif du couteau.
Une quelconque irrégularité ou configuration en trois dimensions, à l'endroit de l'interface, peut être considérée comme étant tant une saillie ou avancée du substrat dans la table diamantée que l'inverse, c'est-à-dire une saillie ou avancée de la table diamantée dans le substrat. Si l'on détermine l'espace d'interface comme étant celui entre les deux plans qui déterminent la pénétration relative de chaque élément (table, substrat) dans l'autre élément, soit le volume de matière de la table diamantée soit celui du substrat peut être prédominant ou ils peuvent occuper sensiblement des parties égales de l'espace d'interface.
Les figures 5 à 7 représentent une forme de réalisation dans laquelle les éléments annulaires polygonaux 60A, 60B et les éléments radiaux 70 font saillie à partir du substrat 40, c'est-à-dire l'inverse des figures 2 à 4. Une autre particularité montrée aux figure 5 à 7 est une absence d'un rebord périphérique 38. Dans cette forme de réalisation, une configuration 46 façonnée en toile d'araignée, à surface dressée ou en saillie, du substrat 40 met des
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parties trapézoïdales 64 de la table diamantée 30 et une partie centrale 62 en un état de précontrainte à compression.
La figure 8 montre une configuration de surface 46 en roue , comportant des éléments radiaux ou rayons 70 qui raccordent un élément circulaire annulaire interne 60A et un élément circulaire annulaire externe 60B.
Toute la configuration 61 est écartée de la périphérie 56 du substrat 40.
La figure 9 montre une configuration de surface 46 présentant trois éléments annulaires circulaires concentriques 60A, 60B et un rebord périphérique 38, une pluralité d'éléments radiaux ou rayons 70 coupant et se raccordant à chaque élément circulaire annulaire 60A, 60B.
La figure 10 montre une autre particularité qui peut être utilisée.
Dans cette forme de réalisation, la configuration de surface 46 est placée de manière décentrée sur le substrat de couteau 40. Ainsi, l'axe de configuration
48 et l'axe 28 du couteau central sont déplacés l'un par rapport à l'autre. En pratique, ceci peut être utilisé lorsque le couteau doit être utilisé là où des forces d'impact 72 sont appliquées sur une zone relativement petite et l'axe de la configuration 48 est plus proche de la direction d'où les forces frappent.
Si cela est souhaité, une configuration de surface 36,46 utilisant la combinaison d'aussi bien un élément annulaire circulaire 60A que d'un élément annulaire polygonal 60B peut être utilisée, non seulement en ce qui concerne la forme de réalisation montrée à la figure 10 ou dans les autres figures mais aussi avec toutes les formes de réalisation de la présente invention. Dans les figures 11 à 14, une autre forme de réalisation de l'invention est montrée avec une interface 50, configurée en engrenage, d'une configuration de surface 36 de table diamantée et d'une configuration de surface 46 de substrat qui s'engrènent. Chacun de la table diamantée 30 et du substrat 40 comporte une série d'éléments 70 faisant saillie radialement, qui coupent la périphérie externe 56 du couteau et un élément annulaire circulaire interne 60.
Le substrat 40 est montré avec un creux annulaire 74 dans la partie interne de l'élément annulaire circulaire 60. La table diamantée 30 comporte un élément en saillie complémentaire 76 qui s'ajuste dans, et est reçu par, le creux annulaire 74. La configuration particulière peut être modifiée de plusieurs
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manières, équipée d'une série d'éléments radiaux 70 qui coupent au moins un élément annulaire 60 circulaire ou polygonal. Par exemple, des éléments radiaux qui font saillie 70, du substrat 40, peuvent être de mêmes ou différentes forme, largeur et profondeur que les éléments radiaux en saillie 70 de la table diamantée 30.
Pour la facilité de l'illustration, les dessins montrent dans l'ensemble les surfaces d'interface 32,42 comme ayant des coins vifs. Il est cependant compris qu'en pratique il est généralement souhaitable d'avoir des coins arrondis ou chanfreinés aux intersections de surfaces planes, en particulier dans des zones ou une fissure peut se propager. De plus, les différents éléments annulaires 60 circulaires et polygonaux montrés dans les figures sont des illustrations, et des éléments annulaires 60 peuvent également présenter des géométries qui incorporent des segments arqués ou courbés, combinés d'une marnière alternée avec des segments droits, par exemple pour produire un élément façonné de manière irrégulière et annulaire dans l'ensemble, si cela est souhaité.
Le substrat 40 et/ou la table diamantée 30 peuvent avoir une quelconque configuration ou forme de section transversale, y compris circulaire, polygonale et irrégulière. De plus, la table diamantée 30 peut avoir une face de coupe 34 qui est plane, arrondie ou d'une quelconque autre configuration appropriée.
La figure 15A montre une autre forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle un couteau 90 est particulièrement approprié pour, mais non limité à, une utilisation en tant qu'élément inséré conique roulant, dans un trépan à cône roulant ou à rocher. Le couteau 90 comporte un substrat 92 de carbure, de préférence de carbure de tungstène, et comporte une table ou comprimé 94 très abrasif ou diamanté, montré en traits interrompus, placé sur le substrat 92 d'une manière connue et exposée ci-dessus. L'interface profilée, entre le comprimé de diamant 94 et le substrat 92, est équipée de rainures 98 orientées radialement dans l'ensemble et s'étendant de préférence depuis un centre 96, de préférence plane, vers la circonférence externe du couteau 90.
Des rainures 100 annulaires ou concentriques dans l'ensemble et
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s'étendant de manière circonférentielle coupent de préférence et segmentent des rainures radiales 98 en une pluralité de rainures interrompues, orientées radialement dans l'ensemble, pour fournir la précontrainte de compression souhaitée dans le comprimé de diamant 94 et au voisinage de l'interface.
Plus particulièrement, la partie intérieure de la table ou comprimé 94 diamanté est mise de préférence en compression radiale et la partie extérieure de la table ou comprimé 94 diamanté est mise en compression circonférentielle, avec le résultat net de précontraintes de compression suivant deux axes dans l'ensemble qui sont distribuées de part et d'autre de la table ou comprimé 94 diamanté et de l'interface entre le substrat 92 afin de mieux résister aux différents types de forces de tension primaire qui agissent sur le couteau lorsqu'il est mis en service. De plus, les rainures 98 orientées radialement et/ou les rainures annulaires 100 peuvent être configurées en variante pour être des nervures qui font saillie du substrat 92 et qui sont reçues dans le comprimé de diamant 94, une configuration de ce genre étant montrée à la figure 15B.
Comme cela est montré à la figure 15B, le couteau 90' peut être construit avec les mêmes matières et processus que ceux décrits par rapport au couteau 90 mais, au lieu de cela, il a un substrat 92' qui comporte également une table ou comprimé 94' de diamant, montré en traits interrompus, placé sur le substrat 92' comme cela est connu dans le métier. Cependant, l'interface profilée, entre le comprimé de diamant 94' et le substrat 92' , est équipée de nervures ou arêtes
98' dressées, orientées radialement dans l'ensemble et s'étendant de préférence depuis un centre 96' , de préférence dressé, vers la circonférence externe du couteau 90'.
Des parties dressées, annulaires ou concentriques dans l'ensemble, désignées en tant que nervures ou arêtes 100' et qui s'étendent de manière circonférentielle coupent et se joignent de préférence aux arêtes radiales 98' pour obtenir les mêmes résultats que ceux décrits par rapport au couteau 90 de la figure 15A. D'une même manière, le comprimé diamanté 94' aurait une interface qui reçoit les arêtes dressées 98', 100' du substrat 92' mais dans une configuration inverse à celle décrite précédemment.
Lors de la construction d'un couteau suivant le couteau 90' en variante, du soin doit être apporté pour ne pas autoriser les nervures ou parties dressées à faire
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saillie trop loin dans le comprimé diamanté 94' de façon à fournir un comprimé
94' relativement mince ou à épaisseur réduite là où de telles parties dressées sont mises pour rendre la table ou comprimé 94' très abrasif, sensible à une fragmentation ou rupture localisée.
Comme cela peut être apprécié à présent, une interface de couteau mettant en oeuvre la présente invention procure un couteau qui a une résistance supérieure à une brisure, un écaillage et un délaminage de la table ou comprimé diamanté.
En se reportant à présent à la figure 16 qui procure une représentation éclatée d'encore une autre forme de réalisation de couteau de la présente invention, le couteau 102 comprend un substrat 104 comportant un comprimé très abrasif ou une table diamantée 204 retiré de l'interface 150 qui comprend une surface d'interface de substrat 106 présentant une configuration
107 et une surface d'interface de table diamantée 206 présentant une configuration 207 réciproquement complémentaire mais inverse. La configuration d'interface de substrat 107 comprend une partie de rebord périphérique 108 et une paroi circonférentielle 110, en pente vers l'intérieur et conduisant vers une première partie dressée 112. La première partie dressée
112 a de préférence une surface plane dans l'ensemble mais n'est pas limitée à cela.
A l'intérieur de la première partie dressée 112, il y a une rainure concentrique ou annulaire 114 et à l'intérieur de la rainure 114 il y a une seconde partie dressée 116. Comme cela peut être vu à la figure 16, une encoche 118 sur tout le diamètre, façonnée de manière rectangulaire dans l'ensemble et s'étendant jusqu'à une profondeur présélectionnée divise la configuration d'interface 107 en deux moitiés symétriques, l'encoche 118 présentant des parois 120 écartées d'une largeur W. L'encoche 118 est équipée de préférence d'une surface de fond 122 plane dans l'ensemble.
De manière inverse, la configuration d'interface 207 de la surface d'interface 206 de la table diamantée 204 est munie d'un rebord périphérique 208 qui se joint à la partie de rebord 108, et une paroi en pente 210 se joint à la paroi en pente 110. Une première partie évidée 212, séparée par une arête concentrique 214 en saillie, et une seconde partie évidée 216 reçoivent
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respectivement les parties dressées 112 et 116 et la rainure 114 du substrat
104. S'étendant également à travers toute la configuration diamétrale 207 de la surface d'interface 206 de la table diamantée 204, il y a une patte ou tenon 208 rectangulaire dans l'ensemble pour correspondre et remplir l'encoche rectangulaire 118.
Les parois de tenon 220 se joignent d'une même manière aux parois d'encoches 120 et la surface de tenon 222 se joint à la surface de fond 122 de l'encoche 118. Le tenon 218, en combinaison avec l'encoche 118, procure en fait les bénéfices de l'optimisation de tension d'interface précédemment décrits des rainures qui s'étendent radialement et des parties complémentaires dressées des couteaux représentés dans les dessins précédents.
De préférence, la largeur W de l'encoche 118/ tenon 218 se classe entre approximativement 0,04 et 0,4 fois le diamètre du couteau 102.
Cependant, la largeur W de l'encoche 118 / tenon 218 peut être de n'importe quelle dimension appropriée. De préférence, la profondeur de l'encoche 118/ tenon 218 ne dépasse pas l'épaisseur approximative de la table très abrasive
204 qui s'étend sur le substrat 104 dans d'autres zones que celles directement au-dessus de l'encoche 118/ tenon 218. En d'autres mots, la profondeur approximative de l'encoche 118/ tenon 218 ne dépasse pas de préférence l'épaisseur minimale approximative de la table très abrasive 204. Cependant, l'encoche 118/ tenon 218 peut avoir n'importe quelle profondeur estimée appropriée.
Bien que l'encoche 118 et le tenon 218 ont été montrés comme ayant une géométrie de section transversale préférée rectangulaire dans l'ensemble, comprenant des parois 120,220 et des surfaces 122,222 planes dans l'ensemble, l'encoche 118/ tenon 218 peuvent être prévus avec une autre géométrie de section transversale si cela est souhaité. Par exemple, les parois 120 peuvent être planes dans l'ensemble mais être munies de coins arrondis à proximité de la surface de fond 122 pour former une section transversale plus arrondie. Les parois 120 et la surface de fond 122 peuvent en outre être prévues avec des configurations non planes si cela est souhaité, de façon à être courbées ou façonnées de manière irrégulière dans l'ensemble.
De façon correspondante, le tenon 218 peut être muni de bords
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arrondis là où les parois 220 coupent la surface 222, pour procurer un tenon d'une section transversale plus courbée dans l'ensemble que la section transversale préférée rectangulaire dans l'ensemble, telle que montrée. Les parois 220 et la surface 222 peuvent être prévues en outre avec des configurations non planes pour correspondre et compléter des configurations non planes choisies pour les parois 120 et la surface de fond 122 de l'encoche
118.
Bien que le couteau 102 soit montré avec une extrémité d'interface du substrat 104 plane ou plate dans l'ensemble, à travers les parties dressées 116,112 et la partie de rebord 108, la configuration générale d'ensemble de la surface d'interface de substrat 106 peut être façonnée en dôme ou en hémisphère de façon à ce que les -extrémités d'interface des substrats 92 et 92' des couteaux 90 et 90' respectivement, représentés dans les figures 15A et 15B, maintiennent cependant la configuration d'interface préférée montrée à la figure 16 ou des variantes de celle-ci.
De même, la table très abrasive 204 serait configurée et façonnée de manière inverse pour former une table façonnée en dôme dans l'ensemble, comme par exemple les tables 94 et
94', et serait disposée sur, et aurait une surface d'interface 206 de table diamantée complémentaire pour recevoir,une telle surface d'interface 106 modifiée de substrat. Un couteau modifié présentant de tels substrat façonné en hémisphère et table très abrasive est particulièrement approprié pour une installation et une utilisation sur des trépans du style à cône roulant, dans lesquels une pluralité de couteaux sont installés sur un ou plusieurs cônes roulants de manière à pouvoir être déplacés par rapport au trépan tout en entrant en prise avec le façonnage.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières sans sortir du cadre des revendications.
Ainsi, il est peut être apprécié qu'une unique saillie, grande et s'étendant radialement ou diamétralement, et une partie évidée configurée de manière complémentaire peuvent également être utilisées pour obtenir les bénéfices de la présente invention.
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Comme avec les couteaux 90 et 90' représentés aux figures 15A et 15B respectivement, le couteau 102 peut avoir des configurations 107 et 207 inversées. C'est-à-dire qu'un tenon faisant saillie vers le haut à partir de la surface d'interface 106 du substrat est disposé dans une encoche de réception dans la surface d'interface 206 de la table diamantée. De même, des parties dressées 112 et 116 pourraient être prévues, au lieu de parties évidées, pour recevoir des parties dressées complémentaires qui s'étendent à partir de la table diamantée 204.
Il apparaîtra que la présente invention peut être mise en oeuvre selon différentes combinaisons de particularités, puisque les formes de réalisation particulières décrites ici sont destinées à être des illustrations et ne sont pas restrictives et que d'autres formes de réalisation de l'invention qui ne s'écartent pas de l'esprit et de la portée des revendications suivantes et de leurs équivalents légaux peuvent être imaginées.