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"Procédé et appareil de perçage "
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de perçage de métaux el, plus particuliérement, à un procédé et à un appareil pour refroidir un foret et une pièce au cours d'une opération de perçage.
Un aspect de la présente invention est basé aur la , découverte du fait que l'efficacité du perçage ot là vie do l'ou- til d'un foret à trou de graissage ou d'un foret dans lequel du fluide de coupe est fourni par l'Intérieur du foret à la pièce, sont nettement améliorées si la pression de l'agent de refroidis-
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sèment est régulièrement modifiée ou pulsée au cours de l'opéra- -on de perçage.Un but de la présente invention est par conséquent @ augmenter la vie de l'outil et l'efficacité de coupe d'un foret en améliorant à la fois le procédé et l'appareil pour la fournitu- re de l'agent de refroidissement au bord de coupe du foret.
Un autre but de la présente invention est d'amélio- rer l'efficacité de coupe et la vie de l'outil des forets classi- ques à trous de graissage ou forets dans lesquels un agent de re- froidissement est fourni au bout du foret par l'intérieur de ce dernier.Il a été découvert qu'une modification régulière de la pression ou une pulsation de l'agent de refroidissement ou du flui de de coupe fourni au foret procure une beaucoup plus longue vie d'outil qu'en fournissant l'agent de refroidissement à une pres- sion élevée mais constante.Jusqu'à présent,
la théorie générale ré- sidait dans la fourniture d'une quantité de fluide aussi importan- te que possible ou dans le fait de noyer le bout du foret afin d' augmenter l'efficacité.Il s'est toutefois révélé que de meilleurs résultats sont obtenue et que la vie de l'outil est augmentée d' approximativement 50%,en interrompant ou diminuant régulièrement par exemple cinquante fois par minute,la pression de l'agent de refroidissement fourni au foret, de telle sorte qu'un débit pulsé soit envoyé au bout du foret.
Il s'est également révélé que la vitesse de l'outil et les vitesses d'avance peuvent être nettement augmentées si 1' agent de refroidissement vers un foret à trou de graissage est puisé ou fourni tout des pressions variant régulièrement.
L'explication de cette efficacité accrue et de cet- te prolongation de la vie de l'outil est apparemment très comple- xe et implique à la fois des principes de coupe des métaux et des principes de traitement thermique.Une explication possible qui peut au moins être démontrée empiriquement partiellement,est que le dé- bit interrompu d'agent de refroidissement permet aux copeaux de s'échauffer de telle sorte que quand ils sont brusquement refroi-
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dis,ils se brisent en de,plus petits copeaux que ceux formes @ celà et ils sont aisément évacués à travers les cannelures du fo- ret.
Un autre but de la présente invention est d'offrir une unité peu onéreuse et portative qui peut ôtre utilisée avec n'importe quelle machine-outil capable de percer un trou,afin de permettre l'utilisation de cette machine pour percer des trous avec un foret du type dans lequel un agent de refroidissement ou un fluide de coupe est fourni au bout du foret ou au bord de cou- pe, par l'intermédiaire de l'intérieur du foret.
Un foret à trou de graissage exige que l'agent do refroidissement soit fourni à l'outil sous des pressions bien plus élevées que celles disponibles à partir des pompes à agent de re- froidissement classiques pour machine-outil.Par conséquent,une uni té de pPmpe portative peu onéreuse destinée à être utilisée avec un foret à trou de graissage monté dans une machine classique é- quipée d'une pompe à agent de refroidissement à basse pression, est une unité hautement désirable qui élargit nettement la gamme des capacités de coupe d'une machine-outil classique.
Encore un autre but de la présente invention est d' offrir une unité à agent de refroidissement sous haute pression ; portative comprenant une pompe hydraulique entraînée par un mo- teur pneumatique afin de fournir l'agent de refroidissement à un foret à trou de graissage.L'avantage primaire d'une unité entrai- née par moteur pneumatique est qu'elle est peu onéreuse à faire fonctionner et moins sujette à faire défaut sous des conditions de fonctionnement adverses que les unités plus classiques entrai- nées par moteur électriqueLe fonctionnement peu onéreux résulte principalement du fait que la plupart des ateliers disposent d' air comprimé,inutilisé.sous la forme d'une ligne de pression nonante livres par pouce carré,
s'étendant à travers l'ateiier dans le but d'entraîner de petits moteurs pneumatiques pour des outils à main ou pour chasser les copeaux et la poussière afin de net-
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toyer les machines et les pièces.En utilisant cette capacité non - mise à profit,l'unité est beaucoup moins onéreuse à faire fonction ner que des unités à entraînement électrique.
Un autre but de la présente invention est de procu- , rer une unité d'alimentation en agent de refroidissement portative perfectionnée destinée à transformer une machine-outil à alimenta- tion classique en agent de refroidissement sous basse pression en ; une machine-outil pouvant être utilisée avec des forets à trou de graissage.Pour augmenter le caractère portatif d'une telle unité, la pompe est supportée sur une base creuse montée sur galets qui remplit la seconde fonction d'agir en tant que touret à tuyau lor- sque l'unité est emmagasinée ou déplacée entre des machines.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après,donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés,dans lesquels:
La figure 1 est une vue en perspective de l'unité de pompe à agent de refroidissement suivant la présente invention, appliquée à une perceuse sur colonne.
La figure 2 est une vue en pers ective, partiellement sous formes chématique, de l'unité de pompage suivant la présente invention,telle qu'appliquée à un tour à révol,er.
La figure 3 est une vue en coupe transversale de l' unité de pompe et de moteur de la figure 1.
La figure 4 est une vue schématiq.e d'une seconde forme de réalisation de l'unité de pompage à agent de refroidis- sement suivant l'invention.
La figure 5 est un graphique de la .ie de l'outil en fonction de la vitesse d'avance,illustrant la c fférence obte- nue en ce qui concerne la vie de l'outil avec différents procédés de fourniture de l'agent de refroidissement.
En se référant tout d'abord à la figi-e l,et à la forme de réalisation préférée de l'invention,une u.té de pompage d'agent de refroidissement 10 est représentée tell;qu'appliquée
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à une perceuse sur colonne classique 11.La perceuse sur @ 11 comprend la coulisse verticale classique 12,destinée à suppor ter la tête à outil mobile verticalement (non représentée)
conipoi- tant une broche rotative 14 destinée à supporter le foret de per- çage 15.La perceuse sur colonne 11 comprend également une table de support de pièce 13 sur laquelle est monté un gabarit 16 pré- sentant un manchon de guidage 17 afin de supporter le foret con- tre une déviation latérale alors qu'il est introduit dans une piè- ce 18 serrée dans le gabarit 16.La perceuse sur colonne 11 et le gabarit 16 ne font pas partie de la présente invention et n'ont été illustrés que pour représenter l'environnement actif lors de l'utilisation de la présente invention.
L'unité de pompage d'agent de refroidissement 10 est une unité portative qui peut aisément être retirée d'une ma- chine et fixée à une autre chaque fois qu'une opération de perçage avec trou de graissage est programmée pour une machine.Elle est constituée par une base métallique cylindrique creuse en tôle 20, présentant une aile inférieure 21 montée sur plusieurs galets ou roulettes 22. Des équerres de retenue de tuyau 23 sont soudées ou fixées d'une autre façon à l'aile 21,de façon à s'étendre vertica- lement parallèlement mais à une certaine distance de la paroi pé- riphérique de la base 20.Ces équerres 23 permettent d'enrouler les tuyaux de pompe et les fils électriques sur la base 20,à la façon d'un touret à tuyau, avec la partie inférieure de la base 20 ser- vant de touret et les équerres 23 servant d'élément de retenue de tuyau.
Dans la forme de réalisation préférée, la pompe 27 et le moteur26 destiné à l'entraîner constituent un assemblage u- nitaire 25 mont au sommet de la base creuse 20.L'assemblage de pompe 25 pourrait toutefois être monté à l'intérieur de la 1- de creuse 20 si on le désire.
Le moteur 26 est du type pneumatique,dans lequel de l'air sous pression est fourni par l'intermédiaire d'une condui-
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te d'alimentation en air 28, d'un régulateur 32 etd'une soupape commandée par solénolde 33,àune ligne d'admission de pompe 34.
Une ligne de dérivation 35 comportant une soupape de commande de débit ou soupape à aiguille 36 est prévue autour du solénoide 33 entre le régulateur 32 et la ligne d'admission de pompe 34, afin de laisser passer un volume d'air limité vers le moteur de la pompe, lorsque le solénolde 33 se trouve en position de fermeture de sou- pape.
Lorsque la soupape à aiguille 36 est partiellement ouverte et que le solénoide se trouve en position de fermeture,l'air tra- @ versant la dérivation 35 agit de façon à entraîner le moteur 26 à une vitesse réduite, de façon à pomper un faible volume de fluide! de coupe ou d'agent de refroidissement vers le foret,15,sous une ' basse pression.Cette huile de coupe ou agent de refroidissement sous basse pression est utile pour commencer une opération de per- çage avant que le foret ne pénètre dans la pièce,afin de limiter les projections.Après que le foret ait pénétré dans la pièce,le solénolde peut être mis sous tension et de l'agent de refroidisse- ment sous haute pression être fourni, sans projection excessive.A titre de variante,la soupape à aiguille 36 peut être fermée tota- lement,
cas dans lequel seul de l'agent de refroidissement à haute pression sera fourni au foret et celà uniquement lorsque le solé- noide 33 est mis sous tension.
La soupape à solénolde 33 est une soupape chessique à actionnement électrique, à laquelle la puissance est fournie à partir d'une source normale de courant alternatif à 110 V,par l' intermédiaire d'un câble 37 et d'un commutateur de commande à pé- dale 38. A titre de variante,le commutateur peut être commandé au- tomatiquement par le déplacement de l'avance d'outil.En outre, plutôt que d'être commandée électriquement.la sonpape peut être commandée pneumatiquement à partir d'un microcommtateur actionné par l'air.
La source de cet air sous pression est l'une des li- gnes courantes de l'anstallation ou de l'usine o l'unité à agent @
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de refroidissement doit être utilisée. La plupart des "'1i nv <1,-k-l dent de telles lignes d'alimentation en air s'étendant à tr toute l'installation pour le nettoyage des pièces ou des mi1c1. ':j. de telle sorte que ceci constitue une source de puissance motrace aisée.
L'agent de refroidissement est fourni à l'assemblage de pompe 25 à partir du réservoir à agent de refroidissement de la machine (non représenté),par l'intermédiaire du conduit 29.Etant donné que pratiquement toutes les machines sont equipes de reser- voirs à agent de refroidissement, il n'est pas nécessaire que l'u- nité à agent de refroidissement 10 soit équipée avec sa propre source d'agent de refroidissement.Un agent de refroidissement pul- sé ou un agent de refroidissement dans lequel la pression varie régulièrement à une fréquence prédéterminée.est fourni à partir de la pompe au foret 15,
par l'intermediaire du conduit 30 et d'un raccord rotatif 31.Le raccord rotatif ou mandrin 31 est un accou- plement classique compoctant un collier non rotatif 24 à l'inté- rieur duquel est montée une tige rotative supportant le foret et par l'intermédiaire duquel l'agent de refroidissement est fourni au foret 15.
Bien que l'unité de pompage d'agent'de refroidisse- ment 10 soit habituellement utilisée en liaison avec une perceuse sur colonne, elle peut tout aussi bien être adaptée à l'utilisation dans un tour à révolver,comme représenté à la fiqure 2. Les tours sont fréquemment utilisés pour supporter un foret'non rotatif 40 avancé axialement par rapport à une pièce en rotation 41.Lorsque l'on perce des trous profonds, il est préférable d'utiliser un fo-
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ret à trou de graissage dans lequel de l'agent de refroidisse- est fourni par l'intermédiaire de l'intérieur du foret,à l' ce/ d'un passage 42, jusqu'au bout de coupe 43.
Un foret à trou de graissage ne peut etre utilisé dans un tour à révolver que si l'on prévoit la fourniture d@@ant de refroidissement sous haute pression à ce foret. Dans la forme
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de réalisation de la figure 2,les dispositions prévues sont cons- tituées par un tube d'alimentation en agent de refroidissement 44 monté dans le revolver 46, de façon à relier le passage 42 du trou de graissage du foret à une ouverture centrale 45 du révolver 46.
Le tube 44 est coudé de façon à ce que son extrémité libre s'éten- de verticalement et soit coaxiale avec l'axe de rotation du ré- volver 46 qui peut être avancé pas à pas. La connexion de l'extré- mité supérieure du tube 44 avec la sortie de l'unité de pompe à agent de refroidissement 10 est constituée par un raccord rotatif à ajustage élastique 47 et un conduit d'alimentation flexible 30.
En se référant à présent à la figure 3, et à la forme de réalisation préférée de l'unité de pompe 10,comme indiqué pré- cédemment, cette unité comprend un moteur pneumatique à mouvement de va-et-vient 26, destiné à faire fonctionner la pompe à fluide à mouvement de va-et-vient 27. Le mouvement de va-t-vient du moteur pneumatique 26 est commandé par un assemblage de soupape 48.Cette pompe, ce moteur et cet assemblage de soupape ne font pas partie par eux-mêmes de l'invention et ne seront par conséquent décrits que d'une façon générale.
En considérant d'abord le moteur 26,l'on se rendra compte qu'il comporte un corps de cylindre de moteur 53 sous la forme d'une pièce moulée évidée à l'intérieur de laquelle un pis- ton 54 peut exécuter un mouvement de va-et-vient.Le pise 54 pré sente une bride ou tête élargie 55 à son extrémité inférieure.qui est en contact glissant avec la paroi interne 56 du corps de cy- lindre 53.Le guidage de l'extrémité supérieure du piston 54 est assuré par une bague de retenue 57 fixée dan:;
un siège 58 défini entre le bord supérieur du corps de cylindre 3 et le bord infé- rieur d'un capuchon ou d'une tête de guidage de piston 59 .La pa- roi interne 60 de cette tête 59 a une configuration telle qu'elle offre un alésage partiellement cylindrique poir offrir un support de guidage au piston de moteur @@ 'insi qu'un avidement 61 desti- ne àrecevoir une partie du mécanisme de déplacement de soupape ,
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de moteur.A l'extrémité supérieure du piston 54 est fixé ,a moy- en de boulons 64,un bras s'étendant latéralement 65 avec un ividc- ment 66 à son extrémité externe,afin de recevoir une tige d. bas- culeur 67 de l'assemblage de soupape 48.
L'extrémité inférieure ou base du piston 54 es dé- finie par un évidement généralement semi-sphérique 69 et uc:..;r- face inférieure plane 70 de la tête de piston 55.La surface nll- sphérique 69,la surface inférieure 70,conjointement avec la : ,i latérale de cylindre 56 et la surface inférieure 71 du cylina définissent la chambre de moteur inférieure 72.La chambre supperieu- re 73 du moteur 26 est définie entre le fond de l'organe de rett- nue 57,le sommet de la tête de piston 55,la section supérieure cy- lindrique 74 du piston 54 et la paroi cylindrique 56 du cylindre.
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La superficie effective contre laquelle la pression fournie chambre supérieure 73 agit pour repousser le piston 54 vers le bas tel qu'observé à la figure 3,est\la surface supérieure 75 de la tê- te de piston 55. Cette surface a une beaucoup plus petite superfi- cie que la superficie totale des surfaces de piston inférieures 69,70 de telle sorte que quand des pressions égales sont appli- quées aux deux cotés,la force totale appliquée à la base du pis- ton est bien supérieure à celle appliquée au sommet,avec pour ré- sultat que le piston est déplacé vers le haut,
A partir de la base du piston de moteur 54 s'étend vers le bas une tige de piston 76.
Cette tige est fixée au piston 54 à l'aide d'un écrou 77 vissé sur l'extrémité supérieure 78 de la tige.L'écrou 78 est' son tour serré au moyen d'un écrou de serrage 79 dans un évidement 80 dans le fond du piston 54.La tige de piston 76's'étend à travers une ouverture 81 du corps de cylin- dre de moteur 53 et supporte le piston de pompe,comme expliqu6 ci- après.
Le système de lumière à travers le corps de cylindre de moteur 53 vers la chambre supérieure 73 du moteur à air est
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constitué par une lumière de pression 85 connec ée par <,>iiri,,
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vertical 86 à une lumière d'admission 87 de la chambre supérieure 73. La chambre inférieure 72 est connectée par un conduit 88 à l' assemblage de soupape à va-et-vient 48. Cet assemblage de soupape 48 est à son tour connecté au conduit de pression 86,par l'inter- médiaire d'un conduit 89. Lors du fonctionnement,la lumière de pression 85 est connectée à une ligne de pression d'air à approxi- mativement 50 à 90 livres par pouce carré, suivant la dimension du foret et d'autres variables,tels que l'éclaboussement, la pro- fondeur du trou,etc.
L'assemblage de soupape 48 est commandé par la tige de basculeur 67.Cette tige 67 peut exécuter un mouvement de va-et vient dans une paire d'ouvertures alignées 115,116 du corps de cy- lindre de moteur 53. Le va-et-vient de la tige est commandé par le bras 65 fixé au sommet du piston de moteur 54.Dans ce but, elle est dotée d'une tête élargie 117 connectée au corps 118 de la tige par une mince queue 119.A l'extrémité supérieure de sa course,le bras 65 engage la base de la tète 117,en provoquant le déplacement vers le haut de la tige de basculeur, 67.
A l'extrémité inférieure de sa course et dans la position représentée à la figure 3,le bras 65 engage un épaulement 120 de la tige 67 et repousse cette tige vers, le bas à partir de la position représentée dans cette figure.Grâce à ces mouvements,la tige 67 commande un levier basculant 121 qui, à son tour,commande une soupape à noyau de l'assemblage de soupa- pe à va-et-vient 42.
Le levier oscillant 121 est l'élément de liaison entre le moteur pneumatique 26 et la soupape 48.Il est monté à pi- votement sur une goupille pivot 122 qui,à son tour, est supportée par le carter de soupape 123. Une extrémité 125 du levier oscil- lant 121 peut être engagée avec une paire d'épaulements espacés 126,127 de la tige de basculeur 47.Lors d'un déplacement vers le bas de la tige 67,l'épaulement 126 on gage le sommet du levier bas- culant 121 et le repousse vers le bas,tandis que lors du dépla- cement vers le haut de la tige,l'épaulement 127 engage la partie
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inférieure du levier basculant 121et le repousse vers le hau' La soupape 48 est constituée par un corps ou ut car- ter en deux parties 123,
fixé au corps de moteur 53 et dans le ael peut se déplacer un noyau en deux parties 134.Pour empêcher 1 pé- nétration de poussière et de saletés dans la soupape,un capucl n 129 est fixé par dessus celle-ci.
L'extrémité 130 du levier basculant à l'opposé ' ' extrémité 125 peut être engagée dans une position avec une té 131 fixée à la tige 132 du noyau 134.Dans l'autre position à 1 le le levier basculant peut être amené,elle engage unépaulement L3 du noyau 134 pour repousser ce dernier vers le bas à partir c:e la position représentée à la figure 3.
Le noyau 134 peut coulisser à l'intérieur d'un ai agv 136 du carter de soupape 123.Ce carter est porté de fa r coopérer avec les lumières 88,89 du corps de cylindre 53 du mot.. à air,afin de commander la connexion de la chambre inférieure 72 soit du moteur soit avec l'échappement,\avec la haute pression.
Comme représenté à la figure 3,le conduit 88 dans corps de cylindre 53 est connecté à l'échappement ou à la pression atmosphérique par l'intermédiaire des lumières de soupape 145.La haute pression dans le conduit 89 est empêchée à ce moment de bé- nétrer dans le conduit 88 par un siège conique 140 de la soupape 134 engageant un siège conique correspondant 141 du carter 123.
Lorsque le noyau 134 est repoussé vers le haut à par tir de la position représentée à la figure 3 par le levier bascu- lant 121,un siège en caoutchouc 142 du noyau engage un épaulement 143 du carter 123 et, ce faisant, bloque le passage de l'air à tra- vers le conduit 88 vers l'échappement,par l'intermédiaire des pas- sages 145 dans le carter de soupape 123.Simultanément,le déplace- ment vers le haut du noyau 134 a pour résultat l'ouverture du siè ge conique 140,141 entre le noyau et le carter, de telle sorte que
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de l'air sous haute pression peut s'écouler à partir de la lumiàm d'admission 85 dans le conduit 39,franchir le si' ,e 140,"
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pénétrer par le conduit 88 dans la chalbr inférieure 72 du mo- teur à air.
Afin d'empêcher l'échappe d'air à haute pression dans le conduit 89, par l'intermédiaire dans a partie inférieure de l'alésage 136 dans le carter 123,une garnure en cuir 144 est fi- xée à la base du noyau 134 par une ronde] 1. 146 et un écrou 147 @ vissé sur l'extrémité inférieure filetée 8 du noyau.
La pompe 27 est constituée @ un piston 150 pou- vant se déplacer à l'intérieur d'un cylinci, de pompe 151.Ce cyli- ndre est vissé dans le corps de moteur 53 ' s'étend vers le bas à partir de celui-ci.Le déplacement vertical l'un piston 150 à l'in térieur du cylindre 151 est commandé par la ige de piston 76 du moteur 26.Ce piston 150 agit en tant que sou upe en coopération avec une plaque de soupape 152 fixée à la ba @ de la tige de pis- ton 76,au moyen d'un écrou 153 vissé sur l'ex: émité inférieure de la tige de piston 76.
Un segment de bourrage classique 154 est fixé entre la tige de piston 76 et le manchon 151,afin d'empêcher la fuite du fluide provenant de la pompe dans le moteur..3 segment ou an- neau de bourrage 154 est fixé dans un évidement .55 pratiqué dans le sommet du cylindre 151,au moyen d'un capuchor ou d'une rondelle 156.La rondelle 156 est fixée contre le sommet du cylindre 151 par un ressort 157 comprimé entre une rondelle 157 e,: une rondelle 158 logée dans un évidement 159 du corps de moteu.- 53.Tout fluide qui franchit par inadvertance l'anneau de bourrage ou porte étou- pe 156 est évacué du corps de moteur 53 par l'intermédiaire d'un conduit d'échappement 160, qui est mis en liaison avec la pression atmosphérique à l'intérieur d'un carter de pompe 161.
A l'extrémité inférieure du cylindre de pompe 151, est fixée une soupape à boulet unidirectionnelle 165. Cette soupape est constituée par un corps de soupape 166 présentant un passage étranglé 167 qui supporte un boulet ou une bille 168.
Normalement, cette bille 168 repose sur la section
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171,définissant le passade étranglé,du corpe de soupape 166 d fa- çon à fermer ce passage étranglé 167.Ainsi.le fluide enfermé la chambre inférieure 172 de la pompe ne peut pas s'echapper le passage étranglé 167.Toutefois,si la pression au-dessus de bille 168 est inférieure à la pression en dessous de cette bill 168,la bille 168 sera soulevée de son siège, de telle sorte q. fluide puisse s'écouler dans la chambre 172.Ceci survient lor- le piston 150 est déplacé vers le haut lors d'une course vers haut du piston de moteur 54.
Le piston de pompe 150 est monté à coulissement su la tige de piston de moteur 76.Son mouvement de coulissement est toutefois limité ou restreint par la plaque de soupape 152 et un ressort de compression 175 monté sur la tige 76 entre une' la de 174 de la tige et la face supérieureu piston 150.Ce ressort rappelle normalement le piston 150 vers le bas.en contact avec la plaque de soupape 152.
Pour permettre l'écoulement du fluide à travers le piston 150,la plaque 152offre plusieurs ouvertures 176 à travers lesquelles du fluide peut pénétrer depuis la chambre de pompe in- férieure 172 dans la chambre supérieure 173.
Lors d'une course vers le bas,du piston de moteur 54 et de la tige de piston 76,le fluide enfermé dans la chambre inférieure 172 de la pompe par la soupape de retenue unidirection- nelle 165,agit sur la surface inférieure exposée 178 du piston 150,pour repousser ce dernier vers le haut par rapport à la plaque de soupape 152 et créer ainsi un passage pour le fluide enfermé dans la chambre inférieure 172 afin qu'il pénètre dans La chambre supérieure 173 par les ouvertures 176 dans le piston 150.Lors de la course vers le haut, le piston 150 reste appliqué contre la pla- que de soupape 152,de telle sorte que le fluide est chassé hors de la pompe par l'intermédiaire d'un tube de sortie 180 qui communi-
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que avec la chambre de pompe supérieure 173.Dans la fc-nie r2 - réa- lisation préférée,la pression du fluide sortant pa;
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est quatre fois plus grande que la pression de l'air pénétrant par la. lumière 65 pour entraîner le moteur de la pompe.Toutefois,uhe pompe avec un rapport de sept à un,dans laquelle la pression du fluide est sept fois supérieure à la pression de l'air incident, s'est également révélée satisfaisante pour cet usage.
Lors du fonctionnement, de l'air sous pression est fourni à l'unité de pompe en connectant une ligne 34 à la lumière d'admission 85,La pression de cet air est habituellement voisine de 50 à 90 livres par pouce carré.L'extrémité inférieure du cylin- dre de pompe 151 est connectée à une source d'agent de refroidis- sement par le tuyau 29 et une pince de tuyau 182.L'extrémité du tuyau 29 opposée à l'extrémité fixée à la pompe 27 est équipée d' un filtre à tamis de 30 mailles (par pouce linéaire),qui n'a pas été représenté et qui repose à l'intérieur de la pompe du réser- voir à agent de refroidissement (non représenté)de la machine avec, laquelle l'unité est utilisée. Le tube de sortie 180 de la pompe 27 est connecté par le conduit 30 au raccord rotatif ou mandrin 32 ou 47.
Avec l'unité de pompe dans la position représentée à la figure 3,de l'air sous haute pression est fourni à partir de la lumière 85 par les conduits 86 et 87 à la chambre supérieu- re 73 du moteur.Simultanément,la chambre inférieure 72 du moteur est connectée par le conduit 88 et les lumières de soupape 145 de l'assemblage de soupape à l'échappement ou à la pression atmos- phérique.Dans cette position de la soupape,le piston de moteur 54 continue à se déplacer vers le bas jusqu'à ce que le bras 65 ren- contre l'épaulement 120 de la tige de basculeur 67,amenant la ti- ge à se déplacer vers le bas depuis la position représentée à la figure 3 et à faire pivoter le levier basculant 121 autour de la goupille pivot 122.Ceci a pour résultat un déplacement vers le haut du noyau 134,
jusqu'à ce que le joint en caoutchouc 142 de ce noyau s'applique de façon étanche contre l'épaulement 143 du carter de soupape 123,de telle sorte que la chambre de moteur in-
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férieure 72 ne =.-t plus connectée à la pression atmosphérit se, Ce déplacement du noyau a pour résultat quo la chambre infor eure 72 est reliée à la lumière de haute pression 85 par l'interne li- aire des conduits 86,89 et 88,de telle sorte qu'une même hau pression règne dans la chambre inférieure 72 et dans la chaml, @ supérieure 73.
Toutefois,parce que la superficie du piston d la chambre inférieure 72 est beaucoup plus grande que la sup - cie du piston dans la chambre supérieure 73,le piston 54 est né à se déplacer vers le haut jusqu'à ce que le bras @@ rencc la tète 117 de la tige de basculeur 67 et déplace cette tige @@ qu'à sa position supérieure.Ceci a pour résultat que l'épauleme 127 engage le côté inférieur du levier basculant 121.amenant @@@ lui-ci à pivoter dans le sens des aiguilles d'une montre,tel qu observé à la figure 3,jusqu'à ce que la base du levier ba@ engage l'épaulement 138 du noyau 134 et repousse le noyau vers @ bas jusqu'à la position représentée à la figure 3.
Lorsque le piston de moteur 54 et la tige de pisten 76 se déplacent vers le haut.la plaque de soupape 152 et le pii. ton 150 se déplacent également vers le haut,en chassant tout flui- de enfermé dans la chambre supérieure 173 à travers le tuyau de sortie 180 de la pompe.Simultanément,un vide est créé dans la chambre inférieure 172 entre la bille 168 et la plaque de soupape 152, ce qui provoque le soulèvement de la bille 168,de telle sorte que du fluide est aspiré dans la chambre inférieure 172,à partir de la cuve à agent de refroidissement.Lorsqu'ensuite,le piston de moteur 54 se déplace vers le bas,
ce fluide enfermé dans la chambre inférieure 172 entre la plaque de soupape 152 et la bille 168 doit être expulsé de la chambre inférieure 172 dans la chambre supéri.- eure 173.Ceci est obtenu en repoussant le piston 150 vers le haut par rapport à la plaque de soupape 152,grâce à une compression du ressort 175, de telle sorte que le fluide passe entre la plaque de soupape 152 et le piston 150 à travers des lumières 176 dans la
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chambre supérieure 173, lorsque la tige -je pisto:
.:c '
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vers le bas.Ensuite,lors de la course vers le haut,le fluide qu vient de pénétrer dans la chambre supérieure 173 lors de la colte vers le bas de la tige de piston 76,est chassé hors de cette chin- bre supérieure 173 et sort à travers le tube de sortie 180,Le pes sion sous laquelle le fluide sort à travers le tube d'orifice 110 dans la forme de réalisation préférée,est approximativement qu're fois supérieure à la pression de l'air entrant par la lumièr d' admission 85.C'est évidemment une pression pulsée qui varie puis une pression maximum jusqu'à zéro au cours de chaque cycle de a pompe, à cause de la nature alternative du fonctionnement de la pompe et parce qu'il n'y a pas d'accumulateur pour égaliser la pression.
A titre de variante d'unité de pompage pour fourn@ l'agent de refroidissement pulsé à un outil,une seconde forme de réalisation est représentée, à la figure 4.Dans cette forme de ri- alisation,une pompe à pression constante 200,telle qu'une pompe rotative à ailettes est utilisée pour fournir de l'agent de refr. oidissement à partir d'une cuve ou d'un réservoir 201 à un raccoril rotatif 202 et ensuite à un outil. Le raccord rotatif peut être i- dentique au raccord 47 représenté à la figure 2 ou au raccord 32 représenté à la figure 1.
La pompe 200 est entraînée par un moteur électrique classique204. Dans la ligne de sortie 205 de la pompe est interca- lée,entre la pompe 200 et le raccord rotatif 202, une soupape à so- ehoide classique 206 qui, lorsque le solénolde 210 est sous ten- sion,bloque l'écoulement du fluide vers le raccord rotatif 202 et l'outil.Afinde tenir compte de la contre-pression dans la ligne 205 lorsque la soupape 206 est fermée, un accumulateur de pression de fluide classique 207 est intercalé dans la ligne 205 entre la pompe 200 et la soupape 206.
Dans cette forme de réalisation,le solénolde 210 de la soupape à solénolde 206 est commandé par un commutateur 211.
Lorsque ce dernier est fermé,le solénolde 210 est sous tension
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et la soupape bloque l'écoulement du vers le ré. cord 202 et ainsi vers l'outil (non represc;.6!;c'.t':'.dar...lorsqu le so- lénoide n'est plus bous tension, la ou,a;>< 2' ' envoie le f. inde provenant du conduit 205 au raccord rotatif et ensuite à 1' ,r t i 1, La con:mande de la mise .ou, tm.mon du commut eur 211 est obtenue à l'aide d'une came rotative 215 montée ir- bre de sortie d'une unité réductrice el C!1C!c!"..\-.]C 217.qui c - traînée à partir d'un moteur électrique 2h :1 une : c-¯,se - tionnée quelconque dans une gamme limitée.La v i't 1 0:
( arefei la plaque de came 215 s'est révélée être environ 12 ou 13 tou- uar minute,de telle sorte que les quatre lobes 219 de la cam: 'r- ment le commutateur 211 à une cadence d'ù:;;11,->=, 50 fois par mit,:te Ceci a pour résultat la fourniture d'une pression de pompe pu au raccord rotatif 202 et donc au foret à trou de crcn .,n-,. représenté)sous une pression qui est soumise <? une pulsation e cadence d'environ 50 impulsions par minute.Avec un tel agencement.
la pression varie ou est pulsée entre approximativement 70 livr'" par pouce carré et 120 livres par pouce carré.Bien que le iysu représenté aux figures 1 et 2 soit considéré comme préférable par rapport à celui représenté à la figure 4,cc dernier système était satisfaisant et a démontré qu'une pression pulsée même à cette! fréquence et avec cette différence de pression était satisfaisante pour prolonger la vie de l'outil et pour augmenter la vitesse d' avance d'outil maximum.
Des résultats d'essai en utilisant le montage de la figure 1 (correspondant à la ligne marquée "pulsation"sur le gra- phique) et à la figure 4 (porté sur le graphique sous la désigna- tion "pression constante avec pulsations induites"), ainsi qu'une pompe à pression constante classique ("pression constante")pour a- limenter l'outil avec un agent de refroidissement sous pression sont représentés graphiquement à la figure 5.
Pour obtenir ces ré- sultats, des trous d'un diamètre d'un demi pouce ont été percés
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dans de l'acier 4340 avec anse dureté Bl''-dnel de bzz z
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chaque cas,le foret était un foret d'un demi pouce en acier rapi- de. à ame conique et trou de graissage,avec un angle à la pointe un de =le et/dépouillement de 17 ,Le foret a été avancé dans la piè- ce à une vitesse d'avance de 0,005 pouce par tour et le fluide àe coupe était une huilesoluble. Les points limite de la vie des outils ont été établis chaque fois qu'un plat d'usure de 0,015 pouce était observé sur le bec du foret.
Les résultats de ces es- sais ont été les suivants:
Vie de l'outil (nombre de trous percés)
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<tb> Vitesse <SEP> de <SEP> Pression <SEP> Figure <SEP> 4 <SEP> Figure <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb> coupe <SEP> constante <SEP> pression <SEP> cons- <SEP> Pulsation
<tb>
<tb>
<tb> (pieds/minute) <SEP> (3,0 <SEP> Gdl./min.) <SEP> tante, <SEP> Pulsation <SEP> +2,0 <SEP> Gal./min.)
<tb>
<tb>
<tb> (200 <SEP> livres/ <SEP> induite <SEP> (0 <SEP> à <SEP> 200 <SEP> livres
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pouce <SEP> carré) <SEP> (2,5Gal./min.) <SEP> par <SEP> pouce <SEP> carré)
<tb>
<tb>
<tb> (70 <SEP> à <SEP> 120 <SEP> livres
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> par <SEP> pouce <SEP> carré)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 35 <SEP> 19 <SEP> 36 <SEP> 36,24
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 48 <SEP> 24,26 <SEP> 53,43, <SEP> 34 <SEP> 34,40,
<SEP> 49
<tb>
Les résultats ont été représentés graphiquement à ; la figure 5. '
Ces essais démontrent clairement que la pulsation de l'agent de refroidissement fourni à un foret à trou de grais- sage a pour résultat une vie d'outil qui est approximativement de 60% supérieure à celle obtenue avec une source d'agent de refroi- dissement à pression constante.Ceci était vrai même lorsque la quantité d'agent de refroidissement fournie au foret avec la souri ce à pression constante était jusqu'à 50% supérieure à la quantité d'agent de refroidissement fournie par une source à pulsations.
Il a également été découvert pendant l'essaie une a- limentation en agent de refroidissement pulsée vers le foret -à trou de graissage par rapport à la source d'agentde refroidisse- ment à pression constante, que l'agent de refroidissement pulsé était beaucoup plus efficace que celui à pression constante.En fait,la pulsation permettait d'augmenter de façon appréciable la vitesse de pénétration maximum du foret (avance du foret multipli-, ée par la vitesse du foret),par rapport à ce qui est possible
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avec un agent de refroidissement à pression constante.
La présente invention contribue non seul, ment aug- menter la vie de l'outil et la vitesse d'avance de forets à trous de graissage,mais offre également une unité accessoire facile ent portative et peut être utilisée avec des perceuses classiques @ gabarit ou des perceuses sur colonne ou même avec des tours,pour adapter ces machines à l'utilisation avec des forets à trous de graissage,même si elles ne possèdent pas de source d'agent de r'- froidissement ou une source avec une pression insuffisante pour érmettre l'utilisation de la machine dans ce but.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
REVENDICATIONS
1.Procédé pour percer un trou dans une pièce,carac- térisé en ce qu'il consiste à provoquer un déplacement en rotation relatif entre une pièce et un foret,alors que celui-ci reste en engagement avec ladite pièce,à fournir un fluide de refroidisseme- nt à travers ledit foret à ladite pièce, de façon à refroidir ledit foret et ladite pièce et à balayer les copeaux à partir du bout dudit foret,et à modifier régulièrement la pression de l'agent de refroidissement s'écoulant à travers ledit foret,afin de soumettre le débit de fluide vers ledit bout du foret à une pulsation.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Method and apparatus for drilling"
The present invention relates to a method and apparatus for drilling metals and, more particularly, to a method and apparatus for cooling a drill bit and a workpiece during a drilling operation.
One aspect of the present invention is based on the discovery that the efficiency of drilling ot the tool life of a grease hole drill bit or a bit in which cutting fluid is supplied. by the interior of the drill to the piece, are significantly improved if the pressure of the coolant
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seed is regularly changed or pulsed during the drilling operation. It is therefore an object of the present invention to increase the tool life and the cutting efficiency of a drill bit by improving both the method and apparatus for supplying coolant to the cutting edge of the drill bit.
Another object of the present invention is to improve the cutting efficiency and tool life of conventional grease hole drills or drills in which a cooling agent is supplied at the end of the drill bit. It has been found that a steady change in the pressure or pulsation of the coolant or cutting fluid supplied to the drill bit provides much longer tool life than supplying the coolant at a high but constant pressure. So far,
the general theory was to provide as much fluid as possible or to embed the tip of the bit to increase efficiency. However, it has been found that better results are obtained. obtained and the tool life is increased by approximately 50%, by steadily interrupting or decreasing, for example fifty times per minute, the pressure of the cooling medium supplied to the drill, so that a pulsed flow is sent at the end of the drill.
It has also been found that tool speed and feed rates can be significantly increased if the coolant to a grease hole drill is pulsed or supplied under regularly varying pressures.
The explanation for this increased efficiency and extended tool life is apparently very complex and involves both principles of metal cutting and principles of heat treatment. less to be demonstrated empirically in part, is that the interrupted flow of coolant allows the chips to heat up so that when they are suddenly cooled.
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say, they break into smaller shavings than those formed @ this and they are easily evacuated through the grooves of the forest.
Another object of the present invention is to provide an inexpensive and portable unit which can be used with any machine tool capable of drilling a hole, in order to allow the use of this machine for drilling holes with a hole. A drill bit of the type in which coolant or cutting fluid is supplied to the tip of the bit or to the cutting edge, through the interior of the bit.
A grease hole drill requires the coolant to be supplied to the tool at much higher pressures than those available from conventional machine tool coolant pumps. of inexpensive portable pPmpe for use with a grease hole drill mounted in a conventional machine fitted with a low pressure coolant pump, is a highly desirable unit which greatly expands the range of cutting capabilities of a conventional machine tool.
Yet another object of the present invention is to provide a high pressure coolant unit; portable comprising a hydraulic pump driven by an air motor to supply coolant to a grease hole drill. The primary advantage of an air motor driven unit is that it is inexpensive to operate. to operate and less prone to failure under adverse operating conditions than more conventional electric motor driven units. Inexpensive operation results primarily from the fact that most workshops have compressed air, unused in the form of a ninety pounds per square inch pressure line,
extending through the workshop for the purpose of driving small air motors for hand tools or for driving swarf and dust to clean
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cleaning machines and parts. By utilizing this unused capacity, the unit is much less expensive to operate than electrically driven units.
Another object of the present invention is to provide an improved portable coolant supply unit for converting a conventionally powered machine tool into low pressure coolant by; a machine tool that can be used with grease hole drills. To increase the portable character of such a unit, the pump is supported on a roller-mounted hollow base which performs the second function of acting as a grinder. pipe when the unit is stored or moved between machines.
Other details and features of the invention will emerge from the description below, given by way of nonlimiting example and with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a perspective view of the coolant pump unit according to the present invention, applied to a drill press.
Figure 2 is a perspective view, partly in schematic form, of the pumping unit according to the present invention, as applied to a revolving lathe.
Figure 3 is a cross-sectional view of the pump and motor unit of Figure 1.
Figure 4 is a schematic view of a second embodiment of the coolant pump unit according to the invention.
Figure 5 is a graph of tool life as a function of feed rate, illustrating the comparison obtained in tool life with different methods of supplying the conditioning agent. cooling.
Referring first to Fig. 1, and the preferred embodiment of the invention, a pumping unit of coolant 10 is shown as applied.
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to a conventional drill press 11 The drill on @ 11 includes the classic vertical slide 12, intended to support the vertically movable tool head (not shown)
comprising a rotary spindle 14 for supporting the drill bit 15. The drill press 11 also includes a workpiece support table 13 on which is mounted a jig 16 having a guide sleeve 17 for supporting the drill bit against a lateral deflection as it is inserted into a part 18 clamped in the jig 16. The drill press 11 and jig 16 are not part of the present invention and have only been illustrated. to represent the active environment when using the present invention.
The coolant pumping unit 10 is a portable unit which can easily be removed from one machine and attached to another whenever a grease hole drilling operation is programmed for a machine. is formed by a hollow cylindrical metal base of sheet 20, having a lower wing 21 mounted on several rollers or casters 22. Pipe retaining brackets 23 are welded or otherwise fixed to the wing 21, so as to extend vertically parallel but at a certain distance from the peripheral wall of the base 20. These brackets 23 allow the pump pipes and the electric wires to be wound up on the base 20, like a reel pipe, with the lower part of the base 20 serving as a reel and the brackets 23 serving as a pipe retainer.
In the preferred embodiment, the pump 27 and the motor 26 for driving it constitute a unitary assembly 25 mounted on top of the hollow base 20. However, the pump assembly 25 could be mounted inside the hollow base 20. 1- dig 20 if desired.
The motor 26 is of the pneumatic type, in which pressurized air is supplied through a duct.
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air supply 28, a regulator 32 and a solenoid operated valve 33, to a pump inlet line 34.
A bypass line 35 including a flow control valve or needle valve 36 is provided around the solenoid 33 between the regulator 32 and the pump intake line 34, to allow a limited volume of air to pass to the engine. of the pump, when the solenoid 33 is in the valve closed position.
When the needle valve 36 is partially open and the solenoid is in the closed position, the air passing through the bypass 35 acts to drive the motor 26 at a reduced speed, so as to pump a small volume. of fluid! cutting oil or coolant to the drill bit, 15, under low pressure. This low pressure cutting oil or coolant is useful for starting a drilling operation before the drill enters the workpiece. , in order to limit spatter. After the bit has entered the workpiece, the solenoid can be energized and high pressure coolant supplied, without excessive splashing. Alternatively, the valve with needle 36 can be completely closed,
case in which only high pressure coolant will be supplied to the drill and that only when solenoid 33 is energized.
Solenoid valve 33 is an electrically actuated chessic valve, to which power is supplied from a normal 110 V AC source, through cable 37 and a control switch to. pedal 38. Alternatively, the switch can be controlled automatically by moving the tool feed. Additionally, rather than being electrically controlled, the switch can be pneumatically controlled from an air operated microswitch.
The source of this pressurized air is one of the common lines in the plant or plant o the agent unit @
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cooling should be used. Most of such air supply lines extending throughout the installation for cleaning parts or airplanes are found in most cases so that this constitutes a easy driving power source.
Coolant is supplied to pump assembly 25 from the machine's coolant reservoir (not shown), through line 29. Since virtually all machines are equipped with reservoirs. Even with a coolant, it is not necessary that the coolant unit 10 be equipped with its own source of coolant. A pulverized coolant or a coolant in which the coolant is pressure varies regularly at a predetermined frequency. is supplied from the pump to the drill 15,
through the conduit 30 and a rotary union 31. The rotary or mandrel 31 is a conventional coupling comprising a non-rotating collar 24 within which is mounted a rotating rod supporting the drill bit and by through which the cooling medium is supplied to the drill 15.
Although the coolant pumping unit 10 is usually used in conjunction with a drill press, it may just as well be suitable for use in a gun lathe, as shown in Fig. 2. Lathes are frequently used to support a non-rotating drill 40 advancing axially relative to a rotating part 41. When drilling deep holes, it is preferable to use a drill bit 40.
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Grease hole retort in which coolant is supplied through the interior of the drill bit, through passage 42, to cutting end 43.
A grease hole drill can only be used in a gun lathe if provision is made for the supply of high pressure cooling to that drill bit. In the form
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In the embodiment of FIG. 2, the arrangements provided are constituted by a cooling agent supply tube 44 mounted in the revolver 46, so as to connect the passage 42 of the grease hole of the drill bit to a central opening 45 of the revolver 46.
Tube 44 is bent so that its free end extends vertically and is coaxial with the axis of rotation of revolver 46 which can be stepped forward. The connection of the upper end of the tube 44 with the outlet of the coolant pump unit 10 is a resiliently fitted rotary union 47 and a flexible supply conduit 30.
Referring now to Figure 3, and to the preferred embodiment of the pump unit 10, as previously indicated, this unit comprises a reciprocating air motor 26, intended to provide the reciprocating fluid pump 27. The reciprocating motion of the air motor 26 is controlled by a valve assembly 48. This pump, motor and valve assembly are not part of the valve assembly. by themselves of the invention and will therefore be described only in general.
Considering first the motor 26, it will be appreciated that it has a motor cylinder body 53 in the form of a recessed molding within which a piston 54 can perform movement. The pise 54 has a flange or enlarged head 55 at its lower end which is in sliding contact with the internal wall 56 of the cylinder body 53. The guide of the upper end of the piston 54 is provided by a retaining ring 57 fixed in :;
a seat 58 defined between the upper edge of the cylinder body 3 and the lower edge of a cap or of a piston guide head 59. The inner wall 60 of this head 59 has a configuration such that it offers a partially cylindrical bore to provide guide support for the engine piston as well as a recess 61 for receiving part of the valve displacement mechanism,
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At the upper end of the piston 54 is fixed, by means of bolts 64, a laterally extending arm 65 with an individual 66 at its outer end, to receive a rod d. rocker 67 of valve assembly 48.
The lower end or base of the piston 54 is defined by a generally semi-spherical recess 69 and uc: ..; flat lower face 70 of the piston head 55. The nll-spherical surface 69, the lower surface 70, together with the cylinder side 56 and the lower surface 71 of the cylina define the lower engine chamber 72. The upper chamber 73 of the engine 26 is defined between the bottom of the retainer member 57 , the top of the piston head 55, the upper cylindrical section 74 of the piston 54 and the cylindrical wall 56 of the cylinder.
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The effective area against which the pressure supplied to the upper chamber 73 acts to push the piston 54 down as seen in Figure 3 is the upper surface 75 of the piston head 55. This area has a much larger area. less than the total area of the lower piston surfaces 69.70 so that when equal pressures are applied to both sides, the total force applied to the base of the piston is much greater than that applied to the top, with the result that the piston is moved upwards,
From the base of the engine piston 54 extends downwardly a piston rod 76.
This rod is fixed to the piston 54 by means of a nut 77 screwed onto the upper end 78 of the rod. The nut 78 is in turn tightened by means of a clamping nut 79 in a recess 80 in the rod. the bottom of the piston 54. The piston rod 76 'extends through an opening 81 of the engine cylinder body 53 and supports the pump piston, as explained below.
The light system through the engine cylinder body 53 to the upper chamber 73 of the air engine is
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consisting of a pressure light 85 connected by <,> iiri ,,
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vertical 86 to an intake port 87 of the upper chamber 73. The lower chamber 72 is connected by a conduit 88 to the reciprocating valve assembly 48. This valve assembly 48 is in turn connected to the reciprocating valve assembly 48. This valve assembly 48 is in turn connected to the reciprocating valve assembly 48. pressure conduit 86, through conduit 89. In operation, pressure lumen 85 is connected to an air pressure line at approximately 50 to 90 pounds per square inch, depending on the size. drill size and other variables, such as splash, hole depth, etc.
The valve assembly 48 is controlled by the rocker rod 67. This rod 67 can reciprocate in a pair of aligned openings 115, 116 of the engine cylinder body 53. The reciprocating motion comes from the rod is controlled by the arm 65 attached to the top of the engine piston 54. For this purpose, it has an enlarged head 117 connected to the body 118 of the rod by a thin tail 119.At the upper end of its stroke, the arm 65 engages the base of the head 117, causing the upward displacement of the rocker rod, 67.
At the lower end of its stroke and in the position shown in Figure 3, the arm 65 engages a shoulder 120 of the rod 67 and pushes this rod downwards from the position shown in this figure. movements, the rod 67 controls a rocker lever 121 which, in turn, controls a core valve of the reciprocating valve assembly 42.
The swing lever 121 is the connecting element between the air motor 26 and the valve 48. It is pivotally mounted on a pivot pin 122 which, in turn, is supported by the valve housing 123. One end 125 of rocker lever 121 may be engaged with a pair of spaced shoulders 126,127 of rocker rod 47. When moving downwardly of rod 67, shoulder 126 engages the top of rocker lever 121 and pushes it downwards, while when moving the rod upwards, the shoulder 127 engages the part
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lower part of the rocking lever 121 and pushes it upwards. The valve 48 is made up of a body or housing in two parts 123,
attached to the motor body 53 and in the ael can move a two-part core 134. To prevent the ingress of dust and dirt into the valve, a cap No. 129 is attached over it.
The end 130 of the swing lever on the opposite end 125 can be engaged in a position with a tee 131 attached to the rod 132 of the core 134. In the other position at 1 the rocker lever can be brought, it engages a shoulder L3 of the core 134 to push the latter downwards from the position shown in FIG. 3.
The core 134 can slide inside an agv 136 of the valve housing 123. This housing is carried to cooperate with the openings 88,89 of the cylinder body 53 of the air motor, in order to control the connection of the lower chamber 72 either of the engine or with the exhaust, \ with the high pressure.
As shown in Figure 3, conduit 88 in cylinder body 53 is connected to exhaust or atmospheric pressure through valve ports 145. High pressure in conduit 89 is prevented at this time of pressure. - Enter into the duct 88 by a conical seat 140 of the valve 134 engaging a corresponding conical seat 141 of the housing 123.
When the core 134 is pushed upwards from the position shown in Figure 3 by the rocker lever 121, a rubber seat 142 of the core engages a shoulder 143 of the housing 123 and in doing so blocks the passage. air through duct 88 to the exhaust, via passages 145 in valve housing 123. Simultaneously, upward movement of core 134 results in opening of the conical seat 140,141 between the core and the housing, so that
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high pressure air can flow from the inlet lumiàm 85 into the duct 39, passing the si ', e 140, "
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enter through duct 88 into the lower chalbr 72 of the air motor.
In order to prevent the escape of high pressure air into duct 89, through the lower portion of bore 136 in housing 123, a leather trim 144 is attached to the base of the core. 134 with a round] 1. 146 and a nut 147 @ screwed onto the threaded lower end 8 of the core.
The pump 27 is made up of a piston 150 movable within a cylinder of pump 151. This cylinder is screwed into the motor body 53 'extends downward from that cylinder. The vertical movement of one piston 150 within cylinder 151 is controlled by piston rod 76 of engine 26. This piston 150 acts as a booster in cooperation with a valve plate 152 attached to the ba @ of the piston rod 76, by means of a nut 153 screwed on the lower ex: emitted of the piston rod 76.
A conventional packing ring 154 is fixed between the piston rod 76 and the sleeve 151, in order to prevent the leakage of fluid from the pump into the engine. 3 packing ring or ring 154 is fixed in a recess. .55 made in the top of the cylinder 151, by means of a capuchor or a washer 156.The washer 156 is fixed against the top of the cylinder 151 by a spring 157 compressed between a washer 157 e,: a washer 158 housed in a recess 159 in the motor body. 53. Any fluid which inadvertently passes through the stuffing ring or seal holder 156 is discharged from the motor body 53 through an exhaust duct 160, which is brought into contact with atmospheric pressure inside a pump housing 161.
Attached to the lower end of the pump cylinder 151 is a one-way ball valve 165. This valve consists of a valve body 166 having a constricted passage 167 which supports a ball or ball 168.
Normally, this 168 ball rests on the section
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171, defining the constricted passage, of the valve body 166 d so as to close this constricted passage 167. Thus, the fluid enclosed in the lower chamber 172 of the pump cannot escape the constricted passage 167. However, if the pressure above ball 168 is less than the pressure below this bill 168, ball 168 will be lifted from its seat, so q. fluid can flow into chamber 172. This occurs when piston 150 is moved upward during an upstroke of engine piston 54.
The pump piston 150 is slidably mounted on the engine piston rod 76, but its sliding movement is limited or restricted by the valve plate 152 and a compression spring 175 mounted on the rod 76 between a diameter of 174 of the rod and the top face of the piston 150. This spring normally forces the piston 150 downward into contact with the valve plate 152.
To allow fluid to flow through piston 150, plate 152 provides several openings 176 through which fluid can enter from lower pump chamber 172 into upper chamber 173.
During a downstroke of engine piston 54 and piston rod 76, the fluid trapped in the lower chamber 172 of the pump by the one-way check valve 165 acts on the exposed lower surface 178 piston 150, to urge the latter upwardly relative to valve plate 152 and thereby create a passage for fluid enclosed in lower chamber 172 to enter upper chamber 173 through openings 176 in the piston 150. In the upstroke, the piston 150 remains pressed against the valve plate 152, so that the fluid is forced out of the pump through an outlet tube 180 which communicates.
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that with the upper pump chamber 173. In the end r2 - preferred embodiment, the pressure of the fluid exiting pa;
i, "Ji
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is four times greater than the pressure of the air entering through the. light 65 to drive the pump motor. However, a pump with a seven-to-one ratio, in which the fluid pressure is seven times the pressure of the incident air, has also been found to be satisfactory for this use. .
In operation, pressurized air is supplied to the pump unit by connecting a line 34 to the inlet port 85. The pressure of this air is usually in the region of 50 to 90 pounds per square inch. the lower end of the pump cylinder 151 is connected to a source of coolant through the pipe 29 and a pipe clamp 182. The end of the pipe 29 opposite the end attached to the pump 27 is provided. a 30 mesh (per linear inch) screen filter, which has not been shown and which sits inside the coolant tank pump (not shown) of the machine with which the unit is used. The outlet tube 180 of the pump 27 is connected by the conduit 30 to the rotary union or mandrel 32 or 47.
With the pump unit in the position shown in Figure 3, high pressure air is supplied from lumen 85 through conduits 86 and 87 to the upper chamber 73 of the motor. At the same time, the chamber lower 72 of the engine is connected through conduit 88 and valve ports 145 of the valve assembly to the exhaust or atmospheric pressure. In this valve position, the engine piston 54 continues to move. downward until the arm 65 meets the shoulder 120 of the rocker rod 67, causing the rod to move downward from the position shown in Figure 3 and rotate the lever swinging 121 around pivot pin 122, resulting in upward displacement of core 134,
until the rubber seal 142 of this core presses tightly against the shoulder 143 of the valve housing 123, so that the engine chamber interlocked.
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This displacement of the core has the result that the information chamber 72 is connected to the high pressure lumen 85 by the internal li- ary of the ducts 86,89 and 88, so that the same high pressure prevails in the lower chamber 72 and in the upper chamber 73.
However, because the area of the lower chamber piston 72 is much larger than the area of the piston in the upper chamber 73, the piston 54 is born to move upward until the arm @@ reconnects the head 117 of the rocker rod 67 and moves this rod @@ only to its upper position. This results in the shoulder 127 engaging the lower side of the rocker lever 121 causing it to pivot. clockwise, as seen in Figure 3, until the base of the lever ba @ engages the shoulder 138 of the core 134 and pushes the core down to the position shown in figure 3.
As the engine piston 54 and piston rod 76 move upward, the valve plate 152 and pii. tone 150 also move upward, pushing out any fluid trapped in the upper chamber 173 through the outlet pipe 180 of the pump. Simultaneously, a vacuum is created in the lower chamber 172 between the ball 168 and the plate valve 152, which causes the ball 168 to lift so that fluid is drawn into the lower chamber 172 from the coolant tank. Then, the engine piston 54 moves towards the bottom,
this fluid trapped in the lower chamber 172 between the valve plate 152 and the ball 168 must be expelled from the lower chamber 172 into the upper chamber 173. This is achieved by pushing the piston 150 upward relative to the valve plate 152, by compressing the spring 175, so that fluid passes between the valve plate 152 and the piston 150 through lumens 176 in the
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upper chamber 173, when the rod -je pisto:
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Then, during the upstroke, the fluid which has just entered the upper chamber 173 as the piston rod 76 collects downwards is forced out of this upper chamber 173 and exits through the outlet tube 180. The weight at which the fluid exits through the orifice tube 110 in the preferred embodiment is approximately one times greater than the pressure of the air entering through the light. 85. This is obviously a pulsed pressure which varies then a maximum pressure down to zero during each pump cycle, because of the alternating nature of the pump operation and because there is no has no accumulator to equalize the pressure.
As an alternative pump unit for supplying the pulsed coolant to a tool, a second embodiment is shown in Fig. 4 In this embodiment, a constant pressure pump 200, such as a rotary vane pump is used to supply coolant. oidissement from a vessel or reservoir 201 to a rotary connector 202 and then to a tool. The rotary union may be identical to the connector 47 shown in Figure 2 or to the connector 32 shown in Figure 1.
The pump 200 is driven by a conventional electric motor 204. In the outlet line 205 of the pump is interposed, between the pump 200 and the rotary union 202, a conventional solenoid valve 206 which, when the solenoid 210 is energized, blocks the flow of fluid. to the rotary union 202 and the tool. In order to account for the back pressure in the line 205 when the valve 206 is closed, a conventional fluid pressure accumulator 207 is interposed in the line 205 between the pump 200 and the valve 206.
In this embodiment, the solenoid 210 of the solenoid valve 206 is controlled by a switch 211.
When the latter is closed, the solenoid 210 is energized
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and the valve blocks the flow of to the D. cord 202 and thus towards the tool (not represc; .6!; c'.t ':'. dar ... when the solenoid is no longer under tension, the or, a;> <2 '' sends the f. india coming from the duct 205 to the rotary union and then to 1 ', rti 1, The control of the setting .or, tm.mon of the switch 211 is obtained by means of a rotary cam 215 ir- ber output rise of a reducing unit el C! 1C! c! ".. \ -.] C 217.qui c - drag from an electric motor 2h: 1 a: c-¯, se - any in a limited range.V i't 1 0:
(arefei the cam plate 215 has been found to be about 12 or 13 tou- uar minute, so that the four lobes 219 of the cam: 'run the switch 211 at a rate of u: ;; 11 , -> =. 50 times per mit,: te This results in the supply of pump pressure pu to the rotary union 202 and thus to the crcn-hole drill., N- ,. shown) under a pressure which is submissive <? a pulse and a rate of about 50 pulses per minute. With such an arrangement.
the pressure varies or is pulsed between approximately 70 pounds per square inch and 120 pounds per square inch. Although the iysu shown in Figures 1 and 2 is considered preferable over that shown in Figure 4, this latter system was satisfactory and has shown that pulse pressure even at this frequency and with this pressure difference is satisfactory for prolonging tool life and for increasing maximum tool feed rate.
Test results using the setup of Figure 1 (corresponding to the line marked "pulsation" on the graph) and Figure 4 (plotted on the graph under the designation "constant pressure with induced pulsation" ), as well as a conventional constant pressure pump ("constant pressure") for supplying the tool with pressurized coolant are shown graphically in Figure 5.
To achieve these results, half-inch diameter holes were drilled.
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in 4340 steel with bl '' - dnel hardness shackle from bzz z
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in each case the bit was a half inch high speed steel bit. with conical core and grease hole, with a point angle one of = le and / stripping of 17, The bit was fed into the workpiece at a feed rate of 0.005 inch per revolution and the fluid was cut. was an oil soluble. Tool life endpoints were established whenever a 0.015 inch wear plate was observed on the bit nose.
The results of these tests were as follows:
Tool life (number of holes drilled)
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<tb> Speed <SEP> of <SEP> Pressure <SEP> Figure <SEP> 4 <SEP> Figure <SEP> 1
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<tb> cut <SEP> constant <SEP> pressure <SEP> cons- <SEP> Pulse
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<tb> (feet / minute) <SEP> (3.0 <SEP> Gdl./min.) <SEP> aunt, <SEP> Pulse <SEP> +2.0 <SEP> Gal./min.)
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<tb> (200 <SEP> pounds / <SEP> induced <SEP> (0 <SEP> to <SEP> 200 <SEP> pounds
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<tb> inch <SEP> square) <SEP> (2.5Gal. / min.) <SEP> by <SEP> inch <SEP> square)
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<tb> (70 <SEP> to <SEP> 120 <SEP> books
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<tb> by <SEP> inch <SEP> square)
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<tb> 35 <SEP> 19 <SEP> 36 <SEP> 36,24
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<tb> 48 <SEP> 24,26 <SEP> 53,43, <SEP> 34 <SEP> 34,40,
<SEP> 49
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The results were plotted at; figure 5. '
These tests clearly demonstrate that the pulsation of coolant supplied to a grease hole drill results in a tool life that is approximately 60% greater than that obtained with a coolant source. This was true even when the amount of coolant supplied to the drill bit with the constant pressure mouse was up to 50% greater than the amount of coolant supplied by a pulsating source.
It was also found during testing with a pulsed coolant supply to the grease hole drill relative to the constant pressure coolant source, that the pulsed coolant was very much. more efficient than that at constant pressure In fact, the pulsation made it possible to increase appreciably the speed of maximum penetration of the drill (feed of the drill multiplied by the speed of the drill), compared to what is possible
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with constant pressure coolant.
The present invention not only helps to increase tool life and feed rate of grease hole drills, but also provides an easily portable accessory unit and can be used with conventional jig or jig drills. drill presses or even with lathes, to adapt these machines for use with drills with grease holes, even if they do not have a source of coolant or a source with insufficient pressure to end the use of the machine for this purpose.
It should be understood that the present invention is in no way limited to the above embodiments and that many modifications can be made thereto without departing from the scope of the present patent.
CLAIMS
1.Process for drilling a hole in a part, characterized in that it consists in causing a relative rotational movement between a part and a drill bit, while the latter remains in engagement with said part, in supplying a fluid cooling through said drill bit to said workpiece, so as to cool said drill bit and said workpiece and to sweep chips from the tip of said drill bit, and to regularly change the pressure of the cooling medium flowing through said drill bit, in order to subject the flow of fluid to said end of the drill bit to a pulsation.
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