CA2091888A1 - Dent pour outil d'excavation - Google Patents
Dent pour outil d'excavationInfo
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- CA2091888A1 CA2091888A1 CA002091888A CA2091888A CA2091888A1 CA 2091888 A1 CA2091888 A1 CA 2091888A1 CA 002091888 A CA002091888 A CA 002091888A CA 2091888 A CA2091888 A CA 2091888A CA 2091888 A1 CA2091888 A1 CA 2091888A1
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Abstract
2091888 9205320 PCTABS00110 La dent selon l'invention comprend, de manière habituelle, une zone de fixation (10) et une zone de travail (11). La zone de travail (11), en acier, comprend des barreaux longitudinaux de matière dure (14-18), insérés dans l'acier et venant en affleurement de la face d'attaque (6) de la dent. La présence des barreaux en matière dure augmente sensiblement la longévité de la dent. Les barreaux sont réalisés par infiltration.
Description
W~ 2/05320 2 ~ 91~ 8 8 CI'/FR91/00735 DENT POUR OUTIL D' EXCAVATION
La présente invention concerne les outils d'excavation tels que les roues-pelles pour exploltation minière ou les fraises de dragage.
Les roues-pelles comprennent une roue d'entrainement, pivotant S autour d'un axe et entra;née par des moyens d'entra~nement en rotation.
La périphérie de la roue-pelle porte une série de godets équipés de dents disposées selon des orientations sensiblement radiales. Les fraises de dragage ne comportent pas de godets, et leurs dents sont réparties en périphérie d'une structure ogivale rotative. Chaque dent comprend une structure de corps de dent monobloc en métal ou all1age mécaniquement résistant tel que l'acier, présentant une zone de fixation pour la solidarisation au godet ou à 1~ structure ogivale, et une zone de travail pour creuser le 801. La zone de travail est généralement plate er forme de pelle, limitée par une face d'attaque orientée dans le sens de progression de la périphérie de roue ou de structure ogivale dans le sens de rotation préférentielle, une face de fuite ou face opposée à la face d'attaque. La face d'attaque et la face de fuite sont généralement planes ou peu incurvées et se raccordent par une facette frontale en biseau déflnis~ant une arête transversale de coupe. Lorsque la dent est montée sur le godet ou la structure ogivale, l'arête transver6ale de coupe est sensiblement parallèle à l'axe de rotation de l'ensemble, et le plan général formé par la pelle de dent ou zone de travail est généralement incliné en d~rection du sens de progression de la dent dans le sens de rotation préférentielle.
Lors du fonctionnement, le godet ou la fraise gratte, par une partie de sa zone périphérique, dans le 801, le~ dents mordant dans le ~ol par l'arête transversale de coupe et repoussant la matière par la face d'attaque. Il en résulte une usure importante de l'arête transver-sale de coupe et de la face d'attaque.
Une solution habituelle pour augmenter la durée de vie et l'efficacité des dents est de recharger la surface extérieure de la face d'attaque et de la facette frontale en biseau pour les revêtir d'une couche de carbure fondu, par fusion d'un cordon de soudure.
Bien que ce procédé augmente sensiblement la durée de vie de la dent, on constste que l'usure, relativement lente en début d'utilisation lorsque la matière dure recouvre encore la facette frontale, devient beaucoup plu~ rapide lorsque la matière dure recouvrant la facette ... . . ; : - . ~ , : . - . :
':: ' ' ' - : ' . - . , : - . -WO 92/05320 PCr/FR9l/007~:
frontale ~ elle-même été détériorée par l'usure. La dent ne peut être utllisée que tant que sa zone de travail n'a pas été réduite en longueur dans de6 proportions trop importantes, défini6sant la zone d'usure maximale admisslble de la dent.
En particulier, à partir du moment où la facette frontale a perdu sa couche protectrlce de matière dure, l'u~ure devient beaucoup plus rapide, malgré l'existence d'une couche de matière dure sur la face d'attaque de la dent.
Un autre inconvénient des structures connues est qu'elles lO nécessitent la réalisation d'une couche superficielle protectrice de rechargement dur, couche réalisée par fusion au chalumeau' ou à l'arc électrique. Par exemple on peut réaliser un dépôt constitué d'un mélange de grains de carbure fondu noyés dans une matrice fusible. Un tel rechargement d'une surface est long et fastidieux, et produit des 15 surfaces relativement irrégulières, constituée6 de la juxtaposition de plusieurs cordons de soudure côte à côte. Les zones intermédialres entre deux cordons successifs constltuent le plu9 souvent des zones en creux dont la structure métallurgique est légèrement différente de la structure centrale des cordons de soudure. Il en résulte un manque 20 d'homogénéité de 18 matière formant la couche protectrice en matière dure, ce qui entraIne l'apparition de zones préférentielles d'usure favorisant une usure plus rapide de la matière. En outre, un tel procédé
est onéreux, et requiert une main d'oeuvre qualifiée.
On connait également des dents de dragage à structure compo-25 site, comportant un corps de dent métallique contenant des inserts enmatière dure antiabrasion. Ainsi, dans le document US-A-3 805 423, un insert préfabriqué est rapporté dans des logements approprlés du corps métallique de dent, dans lesquels il est fixé par soudage ou brasage.
L'insert, sur le mode te réalisation des figures 3 et 4, comprend deux 30 barreaux intermédialres occupant chacun la deml hauteur de la dent. Le document US-A-4 052 802 enselgne également de prévoir un insert préfabriqué et rapporté dans le corps de dent. L'insert est pris en sandwlch entre de~ plaques métalliques, entre lesquelles il est assemblé
par bra3age. Alnsl, l'lnsert n'occupe pas toute la hauteur de la dent.
35 Dans le document FR-A-2 373 500, un outil pour excavation est réalisé en prévoyant un insert en carbure fritté dans un corps en acier. Le corps en acier est coulé autour de l'insert. Dans le document US-A-3 286 379, W ~ 92/OS320 P ~ tFR91/00735 ~91888 de~ doigts de matériau dur sont réalisés par coulée d'un matériau dur dans des rainures longitudlnales du corps métallique de dent. Le docume~t JP-A-62 99 527 décrlt une dent pour outil d'exca~ation dans laquelle des inserts préfabriqués sont formés à partir de carbure fritté, et ~ont assemblés au corps de dent par brasage.
Il apparait que ces structures connues à inserts longitudinaux ne procurent pas les résultats attendus d'efficacité et de longévité. On constate en effet une usure encore assez rapide de la dent, notamment par effritement des barreaux de matér$au dur. Les barreaux de matériau dur, qui n'occupent pas toute la hauteur de la dent, ne procurent pas une augmentation suffisante de longévité de la dent, et leur procédé de fabrication ne penmet pas une cohésion suffisante des parties d'une telle structure hétérogène.
La présente invention a notamment pour objet d'éviter les inconvénients des ~tructures connues de dents d'outils d'excavation et de leurs procédés de réalisation, et propose tout d'abord une nouvelle structure composite de tent comportant plusieurs barreaux longitudinaux de matériau dur occupant toute la hauteur de la dent. La nouvelle structure de dent est compatible avec la présence de couches superfi-cielles de protection en matière dure fondue, m8i8 peut également êtreutilisée en l'absence d'une telle couche superficielle te protection.
Mais l'un des problèmes est que, par les procédés habituels de brasage ou de soudage, 11 est délicat ou difficile d'insérer et de solidariser correctement des barreaux occupant toute la hauteur de la dent, sans per~urber les propriétés mécaniques de la matière anti-abrasion constituant les barreaux. L'i m ention résoud cette difficulté
par un procédé nouveau d'in$iltration sur l'ébauche de dent elle-même.
L'invention propose donc de réaliser une telle structure de dent au moyen d'un procédé dit d'infiltration. Le procédé d'inflltration peut être mis en oeuvre de manière relativement simple, sans nécesslter une grande dextérité de l'utilisateur, contrairement aux techniques de rechargement par cordon de soudure, et conduit à une diminution du coût de production. Le procédé évite te recourir à une étape télicate de soudage ou de brasage d'un insert.
Lorsqu'on utilise un tel procédé d'infiltration, la structure de dent ainsi obtenue se caractérise par le fait que les barreaux de matériau dur sont liés au métal du corps te dent par un alliage de . ' , ' ' ~ , '' :. '' . .': :
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209~ 88~ 4 brasage formant la matrice elle-même liant les grains de matériau dur entre eux. Cette caractéristique apparait particulièrement importante pour obtenir un bon effet de cohésion entre les barreaux de matériau dur et le métal formant le corps de dent.
Lors de la mise en oeuvre d'un tel procédé d'inflltration, le8 structures de moulage 60nt particulièrement réduites et simples à
réaliser, car le~ parties métalliques de la structure de dent font elles-mêmes fonction de moule.
L'invention permet d'améliorer considérablement les propriétés de longévité et d'efficacité d'une dent d'outil d'excavation, dans des proportions étonnantes par rapport aux techniques connues, pour des quantités de matériau dur comparables. En cours d'usure, la dent res~e coupante.
Enfin, on diminue sensiblement le risque de casse ou d'effrite-ment du re~êtement et des barreaux de matériau dur, risque que l'on rencontre sou~ent dans les tents connues.
L'invention permet donc d'obtenir une meilleure cohésion de la dent d'excavation, une meilleure dureté des barreaux de matériau dur, et - une plus grande facilité de réalisation.
Pour atteindre ces ob~ets ainsi que d'autres, la dent pour outil t'exca~ation selon l'invention présente une structure générale simllaire aux tents connues ; toutefois la zone de travail de la dent selon l'invention comprend des barreaux constitués d'un mélange à base de grains de matériau dur liés dans une matrice, lesdits barreaux étant noyés dans le métal tu corps de tent et formant tes barreaux longitutinaux sensiblement perpenticulaires à l'arête trans~ersale te coupe. Le~ barreaux longitudinaux en matériau dur forment une rangée de barreaus insérés dans les interstices d'un peigne métallique constitué
par le reste de la structure de corps, les barreaux longitutinaux en matériau tur occupant a~antageusement toute la hauteur te la dent entre la face d'attaque et la face de fuite.
Selon une possibilité, les barreaux longitudinaux en matériau dur sont séparés de la facette frontale par une zone métallique, ou tra~erse métallique. Cette structure facilite la réalisation de la dent par infiltratlon, puisque la traverse métallique forme alors une partie de moule pour contenir le matériau en fusion destiné à former les barreaux.
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W~ 92/05320 PCI/FR91/00735 5 2~91888 Selon un mode de réalisation particulier, les barreaux longitu-dinallx en matériau dur sont reliés les uns aux autres par des ponts de matériau dur de hauteur plus petite que les barreaux et avec lesquels ils forment une plaque de matériau dur constituant la partie centrale de 5 fsce d'attaque. Danq ce cas, les extrémités antérieures des barreaux en matériau dur peuvent avantageusement être reliées les ùnes aux autres par une traver~e en matérlau dur de hauteur sensiblement égale à la hauteur des barreaux.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente 10 invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisa-tion particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles:
- la figure l est une vue en coupe transversale schématique d'une fraise de dragage;
15 - la figure 2 est une vue de dessus d'une dent, montrant la face d'attaque - la figure 3 est une vue de côté de la dent de la figure 2;
- la figure 4 est une we de dessous de la dent de la figure 2, montrant la face de fuite;
20 - les figures 5 à 7 montrent respectivement la face d'attaque, la we de profil et la face de fuite d'une dent selon un autre mode de réalisation de l'invention ; `
- la figure 8 est une coupe longitudinale en vue de côté selon le plan A-A de la figure 9;
25 - la figure 9 est une vue de dessus de la dent de la figure 5, en coupe longitudinale selon le plan B-B de la figure 8;
- la figure lO est une coupe transversale selon le pl~n C-C de la figure 9;
- les figures ll, 12 et 13 sont des vue6 similaires des figures 8, 9 et 30 lO respectivement dans un second mode de réalisation de l'invention;
- les figures 14, 15 et 16 sont des vues simllaires des figures 8, 9 et lO dans un troisième mode de réalisation de l'lnvention;
- les flgures 17, 18 et l9 sont des vues simllaire~ des figures 8, 9 et lO respectivement pour un troisième mode de réalisation de l'invention;
35 - les figures 21 et 22 sont des vues similaires des figures 9, lO
respectivement pour un quatrième mode de réalisation selon l'invention, la figure 20 étant une coupe longitudinale selon le plan D-D de la ~t. ''' ` ' ~' ~ ' , , :,' ' : . : ' ,' ' ' ' '. ' . . ' ' ' , ' - " ' . ' "'.
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209 ~ 88~ 6 figure 21 ; et - les figures 23 a 27 illustrent les étapes d'un procédé de réali~ation de dents selon l'invention par infiltration.
Dans le de de réalisation ~chématiquement illustré sur la 5 figure 1, un outil d'excavation tel qu'une fralse pour dragage ou une roue-pelle pour exploitation minlère comprend généralement une structure porteuse rotative 1, montée rotative sur un axe 2 d'entrainement et sollicitée par des moyens d'entra~nement en rotation selon un axe de rotation préférentielle repré6enté par la flèche 3. La périphérie 4 de 10 la qtructure porteuse rotative porte des dents telles que la dent 5, selon des orientations généralement radiales légèrement inclinées en direction du sens 3 de rotation préférentielle, comme le représente la figure. Les dents sont toutes nor~nalement identiques. La dent S comprend une face d'attaque 6 orientée vers le sens de rotation préférentielle 3, 15 une face de fuite 7 opposée, et une facette frontale ô définissant une arête transversale de coupe 9. L'arête transversale de coupe 9 est sensiblement parallèle à l'axe de rotation 2 de la roue.
La dent 5 est représentée plus en détail sur les figures 2 à 4.
Les figures 2 à 4 ne montrert que la surface extérieure de la dent, qui 20 peut être une dent traditlonnelle ou une dent selon la présente invention.
Co ;e le représentent les figures 2 à 4, une dent d'outil d'excavation selon l'~nvention comprend une ~tructure de corps de dent en métal ou alllage mécaniquement résistant tel que l'aciert présentant 25 une zone de fixation 10 pour la solidarisation à la structure de roue d'entralnement, et une zone de travail ll pour creuser le 801. La zone de fixation 10 peut-être de type traditionnel, et n'a pas d'effet particulier pour ce qui concerne la présente invention. L'invention s'intéresse à la zone de travail 11.
La zone te travall 11 est généralement plate en forme de pelle limitée par la face d'attaque 6, la face de fuite 7, la facette frontale ô et deux chant6 lateraux 12 et 13. La face d'attaque 6 et la face de fuite 7 sont généralement planes et peu lncurvées, éventuellement parallèles l'une à l'autre. La facette frontale 8 est inclinée en 35 biseau. La tent présente ainsi une arête transversale de coupe 9.
Les dents traditionnelles comportent généralement des couches de revêtement en matériau dur telles que des couches a base de grains de ~ .
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W O 92/0~320 PCT/FR91/00735 cnrbure de tungstène fondu noyés dans une matrice metallique. La face d'attaque 6, la facette frontale 8 et les chants latéraux 12 et 13 sont recouverts d'une couche protectrice en matériau dur.
La structure selon l'invention se caractérise particulièrement par la présence et la forme de zones de matériau dur noyées dan6 la structure métallique de la zone de travail 11. De telles zones de matériau dur sont apparente6 par exemple dans le mode de réalisation des figures 5 à 7 ~ sur la figure 5, on voit apparaltre, sur la face d'attaque 6, cinq zones rectangulaires respectivement 14, 15, 16, 17 et lô. La matière dure, constituée d'un mélange à base de grains de matériau dur liés dans une matrice, vient en affleurement de la face d'attaque 6 selon les cinq zones rectangulaires, d'axe longitudinal, régulièrement e~pacées les unes par rapport aux autres. Les zones rectangulaires viennent à proximlté de l'arête transversale de coupe 9, sans toutefois toucher l'arête. De même, des zones similaires rectangu-laires 19, 20, 21, 22 et 23 apparaissent sur la face de fuite 7 représentée sur la figure 7. Eh réalité, les zones respectives telles que la zone 17 de la figure 5 et la zone 22 de la figure 7 sont les faces apparentes t'un barreau 24 (figure 8) constitué de matière ture inséré dans une fente traversant le métal formant la structure de base te la zone de travail 11.
Les figures 8 à 10 représentent la dent des figures 5 A 7, selon différentes coupes transversales et longitudinales. Ainsi, la figure 8 est une coupe longitudinale, selon un plsn perpendiculaire à la face d'attaque 6 et coupant le barreau de matière dure 24 de la figure 9 correspondsnt aux surfaces 17 de la figure 5 et 22 de la figure 7. La matière dure du barreau 24 est limitée latéralement par deux longerons métalliques intermédiaires 25 et 26, par la base 27 de la structure métallique de zone de tra~ail, et par une traverse métallique d'extrémi-té 28. La matière du barreau 24 affleure sur la face d'attaque 6 pourformer la zone rectangulaire 17, et affleure sur la face de fuite 7 pour former la zone rectangulaire 22.
Dans ce mode de réalisation, la partie métallique de zone de travail 11 comporte une série de fentes longitudinales séparées par des longerons, par exemple 8iX longerons 25, 26, 29, 30, 31 et 32 défini~sant cinq fentes pour recevoir cinq barreaux 24, 33, 34, 35 et 36. Les fentes longitudinales sont remplies de matière dure snti-.. . .. . . . . ..
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La présente invention concerne les outils d'excavation tels que les roues-pelles pour exploltation minière ou les fraises de dragage.
Les roues-pelles comprennent une roue d'entrainement, pivotant S autour d'un axe et entra;née par des moyens d'entra~nement en rotation.
La périphérie de la roue-pelle porte une série de godets équipés de dents disposées selon des orientations sensiblement radiales. Les fraises de dragage ne comportent pas de godets, et leurs dents sont réparties en périphérie d'une structure ogivale rotative. Chaque dent comprend une structure de corps de dent monobloc en métal ou all1age mécaniquement résistant tel que l'acier, présentant une zone de fixation pour la solidarisation au godet ou à 1~ structure ogivale, et une zone de travail pour creuser le 801. La zone de travail est généralement plate er forme de pelle, limitée par une face d'attaque orientée dans le sens de progression de la périphérie de roue ou de structure ogivale dans le sens de rotation préférentielle, une face de fuite ou face opposée à la face d'attaque. La face d'attaque et la face de fuite sont généralement planes ou peu incurvées et se raccordent par une facette frontale en biseau déflnis~ant une arête transversale de coupe. Lorsque la dent est montée sur le godet ou la structure ogivale, l'arête transver6ale de coupe est sensiblement parallèle à l'axe de rotation de l'ensemble, et le plan général formé par la pelle de dent ou zone de travail est généralement incliné en d~rection du sens de progression de la dent dans le sens de rotation préférentielle.
Lors du fonctionnement, le godet ou la fraise gratte, par une partie de sa zone périphérique, dans le 801, le~ dents mordant dans le ~ol par l'arête transversale de coupe et repoussant la matière par la face d'attaque. Il en résulte une usure importante de l'arête transver-sale de coupe et de la face d'attaque.
Une solution habituelle pour augmenter la durée de vie et l'efficacité des dents est de recharger la surface extérieure de la face d'attaque et de la facette frontale en biseau pour les revêtir d'une couche de carbure fondu, par fusion d'un cordon de soudure.
Bien que ce procédé augmente sensiblement la durée de vie de la dent, on constste que l'usure, relativement lente en début d'utilisation lorsque la matière dure recouvre encore la facette frontale, devient beaucoup plu~ rapide lorsque la matière dure recouvrant la facette ... . . ; : - . ~ , : . - . :
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frontale ~ elle-même été détériorée par l'usure. La dent ne peut être utllisée que tant que sa zone de travail n'a pas été réduite en longueur dans de6 proportions trop importantes, défini6sant la zone d'usure maximale admisslble de la dent.
En particulier, à partir du moment où la facette frontale a perdu sa couche protectrlce de matière dure, l'u~ure devient beaucoup plus rapide, malgré l'existence d'une couche de matière dure sur la face d'attaque de la dent.
Un autre inconvénient des structures connues est qu'elles lO nécessitent la réalisation d'une couche superficielle protectrice de rechargement dur, couche réalisée par fusion au chalumeau' ou à l'arc électrique. Par exemple on peut réaliser un dépôt constitué d'un mélange de grains de carbure fondu noyés dans une matrice fusible. Un tel rechargement d'une surface est long et fastidieux, et produit des 15 surfaces relativement irrégulières, constituée6 de la juxtaposition de plusieurs cordons de soudure côte à côte. Les zones intermédialres entre deux cordons successifs constltuent le plu9 souvent des zones en creux dont la structure métallurgique est légèrement différente de la structure centrale des cordons de soudure. Il en résulte un manque 20 d'homogénéité de 18 matière formant la couche protectrice en matière dure, ce qui entraIne l'apparition de zones préférentielles d'usure favorisant une usure plus rapide de la matière. En outre, un tel procédé
est onéreux, et requiert une main d'oeuvre qualifiée.
On connait également des dents de dragage à structure compo-25 site, comportant un corps de dent métallique contenant des inserts enmatière dure antiabrasion. Ainsi, dans le document US-A-3 805 423, un insert préfabriqué est rapporté dans des logements approprlés du corps métallique de dent, dans lesquels il est fixé par soudage ou brasage.
L'insert, sur le mode te réalisation des figures 3 et 4, comprend deux 30 barreaux intermédialres occupant chacun la deml hauteur de la dent. Le document US-A-4 052 802 enselgne également de prévoir un insert préfabriqué et rapporté dans le corps de dent. L'insert est pris en sandwlch entre de~ plaques métalliques, entre lesquelles il est assemblé
par bra3age. Alnsl, l'lnsert n'occupe pas toute la hauteur de la dent.
35 Dans le document FR-A-2 373 500, un outil pour excavation est réalisé en prévoyant un insert en carbure fritté dans un corps en acier. Le corps en acier est coulé autour de l'insert. Dans le document US-A-3 286 379, W ~ 92/OS320 P ~ tFR91/00735 ~91888 de~ doigts de matériau dur sont réalisés par coulée d'un matériau dur dans des rainures longitudlnales du corps métallique de dent. Le docume~t JP-A-62 99 527 décrlt une dent pour outil d'exca~ation dans laquelle des inserts préfabriqués sont formés à partir de carbure fritté, et ~ont assemblés au corps de dent par brasage.
Il apparait que ces structures connues à inserts longitudinaux ne procurent pas les résultats attendus d'efficacité et de longévité. On constate en effet une usure encore assez rapide de la dent, notamment par effritement des barreaux de matér$au dur. Les barreaux de matériau dur, qui n'occupent pas toute la hauteur de la dent, ne procurent pas une augmentation suffisante de longévité de la dent, et leur procédé de fabrication ne penmet pas une cohésion suffisante des parties d'une telle structure hétérogène.
La présente invention a notamment pour objet d'éviter les inconvénients des ~tructures connues de dents d'outils d'excavation et de leurs procédés de réalisation, et propose tout d'abord une nouvelle structure composite de tent comportant plusieurs barreaux longitudinaux de matériau dur occupant toute la hauteur de la dent. La nouvelle structure de dent est compatible avec la présence de couches superfi-cielles de protection en matière dure fondue, m8i8 peut également êtreutilisée en l'absence d'une telle couche superficielle te protection.
Mais l'un des problèmes est que, par les procédés habituels de brasage ou de soudage, 11 est délicat ou difficile d'insérer et de solidariser correctement des barreaux occupant toute la hauteur de la dent, sans per~urber les propriétés mécaniques de la matière anti-abrasion constituant les barreaux. L'i m ention résoud cette difficulté
par un procédé nouveau d'in$iltration sur l'ébauche de dent elle-même.
L'invention propose donc de réaliser une telle structure de dent au moyen d'un procédé dit d'infiltration. Le procédé d'inflltration peut être mis en oeuvre de manière relativement simple, sans nécesslter une grande dextérité de l'utilisateur, contrairement aux techniques de rechargement par cordon de soudure, et conduit à une diminution du coût de production. Le procédé évite te recourir à une étape télicate de soudage ou de brasage d'un insert.
Lorsqu'on utilise un tel procédé d'infiltration, la structure de dent ainsi obtenue se caractérise par le fait que les barreaux de matériau dur sont liés au métal du corps te dent par un alliage de . ' , ' ' ~ , '' :. '' . .': :
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209~ 88~ 4 brasage formant la matrice elle-même liant les grains de matériau dur entre eux. Cette caractéristique apparait particulièrement importante pour obtenir un bon effet de cohésion entre les barreaux de matériau dur et le métal formant le corps de dent.
Lors de la mise en oeuvre d'un tel procédé d'inflltration, le8 structures de moulage 60nt particulièrement réduites et simples à
réaliser, car le~ parties métalliques de la structure de dent font elles-mêmes fonction de moule.
L'invention permet d'améliorer considérablement les propriétés de longévité et d'efficacité d'une dent d'outil d'excavation, dans des proportions étonnantes par rapport aux techniques connues, pour des quantités de matériau dur comparables. En cours d'usure, la dent res~e coupante.
Enfin, on diminue sensiblement le risque de casse ou d'effrite-ment du re~êtement et des barreaux de matériau dur, risque que l'on rencontre sou~ent dans les tents connues.
L'invention permet donc d'obtenir une meilleure cohésion de la dent d'excavation, une meilleure dureté des barreaux de matériau dur, et - une plus grande facilité de réalisation.
Pour atteindre ces ob~ets ainsi que d'autres, la dent pour outil t'exca~ation selon l'invention présente une structure générale simllaire aux tents connues ; toutefois la zone de travail de la dent selon l'invention comprend des barreaux constitués d'un mélange à base de grains de matériau dur liés dans une matrice, lesdits barreaux étant noyés dans le métal tu corps de tent et formant tes barreaux longitutinaux sensiblement perpenticulaires à l'arête trans~ersale te coupe. Le~ barreaux longitudinaux en matériau dur forment une rangée de barreaus insérés dans les interstices d'un peigne métallique constitué
par le reste de la structure de corps, les barreaux longitutinaux en matériau tur occupant a~antageusement toute la hauteur te la dent entre la face d'attaque et la face de fuite.
Selon une possibilité, les barreaux longitudinaux en matériau dur sont séparés de la facette frontale par une zone métallique, ou tra~erse métallique. Cette structure facilite la réalisation de la dent par infiltratlon, puisque la traverse métallique forme alors une partie de moule pour contenir le matériau en fusion destiné à former les barreaux.
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W~ 92/05320 PCI/FR91/00735 5 2~91888 Selon un mode de réalisation particulier, les barreaux longitu-dinallx en matériau dur sont reliés les uns aux autres par des ponts de matériau dur de hauteur plus petite que les barreaux et avec lesquels ils forment une plaque de matériau dur constituant la partie centrale de 5 fsce d'attaque. Danq ce cas, les extrémités antérieures des barreaux en matériau dur peuvent avantageusement être reliées les ùnes aux autres par une traver~e en matérlau dur de hauteur sensiblement égale à la hauteur des barreaux.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente 10 invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisa-tion particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles:
- la figure l est une vue en coupe transversale schématique d'une fraise de dragage;
15 - la figure 2 est une vue de dessus d'une dent, montrant la face d'attaque - la figure 3 est une vue de côté de la dent de la figure 2;
- la figure 4 est une we de dessous de la dent de la figure 2, montrant la face de fuite;
20 - les figures 5 à 7 montrent respectivement la face d'attaque, la we de profil et la face de fuite d'une dent selon un autre mode de réalisation de l'invention ; `
- la figure 8 est une coupe longitudinale en vue de côté selon le plan A-A de la figure 9;
25 - la figure 9 est une vue de dessus de la dent de la figure 5, en coupe longitudinale selon le plan B-B de la figure 8;
- la figure lO est une coupe transversale selon le pl~n C-C de la figure 9;
- les figures ll, 12 et 13 sont des vue6 similaires des figures 8, 9 et 30 lO respectivement dans un second mode de réalisation de l'invention;
- les figures 14, 15 et 16 sont des vues simllaires des figures 8, 9 et lO dans un troisième mode de réalisation de l'lnvention;
- les flgures 17, 18 et l9 sont des vues simllaire~ des figures 8, 9 et lO respectivement pour un troisième mode de réalisation de l'invention;
35 - les figures 21 et 22 sont des vues similaires des figures 9, lO
respectivement pour un quatrième mode de réalisation selon l'invention, la figure 20 étant une coupe longitudinale selon le plan D-D de la ~t. ''' ` ' ~' ~ ' , , :,' ' : . : ' ,' ' ' ' '. ' . . ' ' ' , ' - " ' . ' "'.
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209 ~ 88~ 6 figure 21 ; et - les figures 23 a 27 illustrent les étapes d'un procédé de réali~ation de dents selon l'invention par infiltration.
Dans le de de réalisation ~chématiquement illustré sur la 5 figure 1, un outil d'excavation tel qu'une fralse pour dragage ou une roue-pelle pour exploitation minlère comprend généralement une structure porteuse rotative 1, montée rotative sur un axe 2 d'entrainement et sollicitée par des moyens d'entra~nement en rotation selon un axe de rotation préférentielle repré6enté par la flèche 3. La périphérie 4 de 10 la qtructure porteuse rotative porte des dents telles que la dent 5, selon des orientations généralement radiales légèrement inclinées en direction du sens 3 de rotation préférentielle, comme le représente la figure. Les dents sont toutes nor~nalement identiques. La dent S comprend une face d'attaque 6 orientée vers le sens de rotation préférentielle 3, 15 une face de fuite 7 opposée, et une facette frontale ô définissant une arête transversale de coupe 9. L'arête transversale de coupe 9 est sensiblement parallèle à l'axe de rotation 2 de la roue.
La dent 5 est représentée plus en détail sur les figures 2 à 4.
Les figures 2 à 4 ne montrert que la surface extérieure de la dent, qui 20 peut être une dent traditlonnelle ou une dent selon la présente invention.
Co ;e le représentent les figures 2 à 4, une dent d'outil d'excavation selon l'~nvention comprend une ~tructure de corps de dent en métal ou alllage mécaniquement résistant tel que l'aciert présentant 25 une zone de fixation 10 pour la solidarisation à la structure de roue d'entralnement, et une zone de travail ll pour creuser le 801. La zone de fixation 10 peut-être de type traditionnel, et n'a pas d'effet particulier pour ce qui concerne la présente invention. L'invention s'intéresse à la zone de travail 11.
La zone te travall 11 est généralement plate en forme de pelle limitée par la face d'attaque 6, la face de fuite 7, la facette frontale ô et deux chant6 lateraux 12 et 13. La face d'attaque 6 et la face de fuite 7 sont généralement planes et peu lncurvées, éventuellement parallèles l'une à l'autre. La facette frontale 8 est inclinée en 35 biseau. La tent présente ainsi une arête transversale de coupe 9.
Les dents traditionnelles comportent généralement des couches de revêtement en matériau dur telles que des couches a base de grains de ~ .
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W O 92/0~320 PCT/FR91/00735 cnrbure de tungstène fondu noyés dans une matrice metallique. La face d'attaque 6, la facette frontale 8 et les chants latéraux 12 et 13 sont recouverts d'une couche protectrice en matériau dur.
La structure selon l'invention se caractérise particulièrement par la présence et la forme de zones de matériau dur noyées dan6 la structure métallique de la zone de travail 11. De telles zones de matériau dur sont apparente6 par exemple dans le mode de réalisation des figures 5 à 7 ~ sur la figure 5, on voit apparaltre, sur la face d'attaque 6, cinq zones rectangulaires respectivement 14, 15, 16, 17 et lô. La matière dure, constituée d'un mélange à base de grains de matériau dur liés dans une matrice, vient en affleurement de la face d'attaque 6 selon les cinq zones rectangulaires, d'axe longitudinal, régulièrement e~pacées les unes par rapport aux autres. Les zones rectangulaires viennent à proximlté de l'arête transversale de coupe 9, sans toutefois toucher l'arête. De même, des zones similaires rectangu-laires 19, 20, 21, 22 et 23 apparaissent sur la face de fuite 7 représentée sur la figure 7. Eh réalité, les zones respectives telles que la zone 17 de la figure 5 et la zone 22 de la figure 7 sont les faces apparentes t'un barreau 24 (figure 8) constitué de matière ture inséré dans une fente traversant le métal formant la structure de base te la zone de travail 11.
Les figures 8 à 10 représentent la dent des figures 5 A 7, selon différentes coupes transversales et longitudinales. Ainsi, la figure 8 est une coupe longitudinale, selon un plsn perpendiculaire à la face d'attaque 6 et coupant le barreau de matière dure 24 de la figure 9 correspondsnt aux surfaces 17 de la figure 5 et 22 de la figure 7. La matière dure du barreau 24 est limitée latéralement par deux longerons métalliques intermédiaires 25 et 26, par la base 27 de la structure métallique de zone de tra~ail, et par une traverse métallique d'extrémi-té 28. La matière du barreau 24 affleure sur la face d'attaque 6 pourformer la zone rectangulaire 17, et affleure sur la face de fuite 7 pour former la zone rectangulaire 22.
Dans ce mode de réalisation, la partie métallique de zone de travail 11 comporte une série de fentes longitudinales séparées par des longerons, par exemple 8iX longerons 25, 26, 29, 30, 31 et 32 défini~sant cinq fentes pour recevoir cinq barreaux 24, 33, 34, 35 et 36. Les fentes longitudinales sont remplies de matière dure snti-.. . .. . . . . ..
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abrasion telle que le carbure de tungstène ou similaire. Les longerons métalliques sont tous reliés d'une part à la ba6e de structure métallique 27 et d'autre part à la traverse métallique antérieure 28.
Dans ce mode de réalisation, les faces extérieures de la dent 5 ne sont pas recouvertes d'une couche de protection anti-usure à base de matériau dur. La présence des zone~ internes de matériau dur telles que le barreau 24 suffit 8 retarder considérablement l'usure de la dent.
La structure représentée sur les figures 11 à 13 est similaire de celles des figures 8 à 10: la structure interne est identique ; la 10 seule différence est la présence d'une couche extérieure protectr~ce 100 de matériau dur, tels que des grains de carbure de tungstène fondu liés par une matrice métallique, ladite couche protectrice recouvrant la face d'attaque 6, la facette frontale 8 et les chants latéraux 12 et 13.
L'aspect extérieur d'une telle dent est identique à celui représenté sur 15 les figures 2 à 4.
Le mode de réalisation représenté sur les figures 14 à 16 est similaire à celui des figures 11 à 13, et en diffère par le fait que l'on supprime la traverse métallique 28. Dans ce cas, les longerons métalliques tels que les longerons 25 et 26 comportent des extrémités 20 antérieures libres qui ne se rejoignent pas, et l'espace 24 est une fente ouverte. Les longerons métalliques forment ainsi une sorte de peigne, dont les interstices sont occupés par une rangée de barreaux en matériau dur. La matière dure remplissant les interstices tels que l'espace 24 ~e propage jusqu'à la couche protectrice 100 recouvrant la 25 facette frontale de coupe 8. En variante, on peut utiliser la même structure interne de dent, dépourvue de couche protectrice 100 exté-rieure.
Dans le mode de réalisation des figures 17 à 19, la structure est similaire à celle du mode te réalisation des figures 14 à 16. Elle 30 en diffère par le fait que, dans la zone antérieure des chants latéraux 12 et 13, l'épai6seur de la couche protectrice 100 de matière dure est augmentée. Ces zones constituent en effet des zones d'usure préféren-tielle, Roumises à des contraintes d'uRure supérieures à celles subies par les autres parties de travail de la dent. On a constaté qu'une 35 falble augmentation d'épa$sseur de couche protectrice dans ces deux parties latérales conduit à augmenter sensiblement la longévité de la dent.
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:, -W O 92/05320 P ~ /FR91/00735 9 20~1~88 Le mode de ré~lisation des figures 20 à 22 diffère des modes de réalis~tlon précédents en ce que des ponts de matière dure sont préw s pour relier les barreaux successifs internes de matière dure de la dent.
Comme dans le mode de ré~lisation des figures 8 à 10, 1~ structure métallique de la dent comprend une base métallique 27 à laquelle se raccordent les longerons intermédiaires 25, 26, 29 et 30 ainsi que deux longerons latérsux 31 et 32. Les extrémités sntérieures des longerons latéraux 31 et 32 sont reliées par la traverse 28 métallique. Les longerons intermédiaires métalliques 25, 26, 29 et 30 comportent des extrémités antérieures libre~ en retrait de la traverse 28 métallique.
La matière dure forme ainsi les barreaux longitudinaux 24, 33, 34, 35 et 36, et les extrémités antérieures des barreaux sont reliées les unes aux sutres par une traverse 37 de matière dure. La traver~e 37 de matière dure peut avantageusement occuper toute la hauteur de la partie active de dent, c'est-à-dire toute la distance séparant la face d'attaque 6 et la face de fuite 7, comme le représente la figure 20. Dans ce cas, lors de l'util~sation, la traver6e métallique 28 s'use assez rapidement, et laisse sppsrsltre la traverse 37 en matière dure qui s'oppose à l'usure.
De même, les longerons latérsux 31 et 32 métslliques s'usent a~sez rspidement, et laissent ensuite apparaitre les barreaux latéraux de matière dure 33 et 36, qui s'opposent à l'usure.
Dsns ce même mode de réslisation, les bsrreaux longitudinaux en matériau dur sont reliés les uns aux autres par des ponts de matérisu dur de hsuteur plus petite que les barreaux et avec lesquels ils forment une plsque de matériau dur constitusnt la partie centrsle de la face d'attaque 6. Ainsi, comme le représente la figure 22 en coupe transverssle, les bsrreaux longitudinaux de matière dure 24 et 33 sont rellés par le pont 33. Ls figure 20 est une coupe selon le plan D-D
longitudinal de la figure 21, et représente la coupe longitudinale de ce même pont 30. Les ponts 39, 40 et 41 relient deux à deux les sutres barreaux longitudinaux de matière dure. En d'sutres termes, les longerons métslliques intermédiaires ont une hauteur plus fsible que la hauteur totale de la partie sctive de dent, de sorte que la mstière dure recouvre les barresux longitudinsux intermédisires sur la fsce d'attaque 6 de la dent.
Dans tous les modes de réalisation qui ont été décrits, les bsrreaux en matériau dur peuvent avoir une épaisseur de 4 à 15 . ~ .
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~u9.~888 10 mlllimètres environ, et être séparés par des zones métalliques ou longerons métalliques dont l'épaisseur est de 4 à 15 millimètres environ. L'épaisseur est définie comme étant la dimension selon une direction parallèle à l'arête transversale de coupe 9. La longueur des 5 barreaux en matériau dur est sensiblement égale à la longueur de la zone d'usure maximale admissible de la dent. La matière dure constituant les barreaux longitudinaux peut avantageusement contenir des grains de carbure de tungstène fondu, de préférence des grains sphéroIdaux exempts de zones anguleuses. Des caractéristiques anti-usure améliorées sont 10 obtenues en utilisant un mélange de grains de différents calibres, certains des grains de carbure de tungstène fondu présentant un diamètre égal ou supérieur à 2 millimètres.
Selon l'invention, le procédé pr~féré représenté sur les figures 23 à 27, pour réaliser les zones internes de matière dure telles 15 que les barreaux longitudinaux, comprend les étapes suivantes:
a) selon la figure 23, réaliser une ébauche 42 en métal ou alliage, comprenant la zone de fixation 10 et la partie métallique de zone de travail 11, ladite partie métallique de zone de travail comportant une série de fentes longltudinales 43 débouchant au moins sur la face 20 d'attaque 6 et séparées par des longerons 25, 26, 29, 30, 31, 32;
b) selon la figure 24, disposer ladite ébauche 42 sur un support 44 avec sa face d'attaque 6 au dessus et en orientation sensiblement horizon-tale;
c) selon la figure 25, remplir lesdites fentes longitudinales 43 svec 25 des particules de matière dure anti-abrasion 45 telle que le carbure de tungstène fondu ou simllaire, en vibrant l'ensemble, de sorte que les particules viennent au maximum en appui contre les parois des fentes et sont jointives les unes aux autres;
d) selon la figure 25, préparer une quantité suffisante d'un alliage 30 approprié 46 sous forme adaptée pour assurer une répartition ultérieure de l'alliage au cours d'une phase de fusion ultérieure, l'alliage étant un alllage de brasage susceptible de mouiller les particules de matière dure 45 et la matière formant l'ébauche 42 et de fondre à une température inférieure à la température de fusion de l'ébauche 42 et du 35 support 44;
e) selon la figure 26, chauffer l'ensemble à une température supérieure à la température de fusion de l'alliage 46 et inférieure à la : :
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température de fusion de l'ébauche 42 et du support 44, pour assurer l'lnfiltration de l'alllage en fuslon entre les particules de matlère dure 45 ;
f) selon la flgure 27, laisser refroidir et séparer la pièce obtenue de 80n 5uppor t.
Dans le mode de réallsation décrlt en relation avec les figures 23 à 27, l'ébauche 42 est telle que le6 longeronæ métalliques intermédiaires 25, 26, 29 et 30 sont en retrait de la face d'attaque 6 définie par les longerons extrêmes 31 et 32. De cette façon, lors de l'étape de rempllssage et d'lnflltratlon de la figure 25, la matière dure 45 remplit les fentes 43 et recouvre les longerons lntermédia~res 25, 26, 29 et 30 pour constituer une plaque de matière dure infiltrée 47, représentée sur la figure 27, forman$ la zone centrale de la face d'attaque 6.
Selon une variante, les extrémités antérieures des longerons extrêmes 31 et 32 sont reliées l'une à l'autre par une traverse métalllque telle que 18 traverse 28 représentée sur la figure 20, tandis que les longerons intermédiaires 25, 26, 29 et 30 comportent une extrémité libre séparée de la traverse 28 par un inter~alle. ~e cette façon, lors de l'étape de remplissage et d'infiltration illustrée par la figure 25, la matière dure 45 remplit ledit intervalle séparant les extrémités libres tes longerons intermédiaires et la traverse métallique 28, pour former une traverse de matière dure 37 telle que représentée sur les figures 20 et 21.
Le procédé est compatible avec une étape ultér~eure au cours de laquelle on peut réaliser un revêtement superficiel 100 de matière dure sur la face d'attaque 6 et la facette frontale 8, comme le représentent les figures 11 à 16. Le re~êtement superficiel 100 de matière dure peut par exemple être réalisé par fusion au chalumeau ou à l'arc électrique d'un cordon de soudure, selon les procédés classiques de rechargement par soudure.
Pour améliorer la cohésion entre la structure métallique de corps de dent et les parties en matériau dur, on peut recourir, avant infiltration-soudure, à une étape préalable de préparation de la surface de l'ébauche de~ant être au contact de 1Q matière dure. La préparation peut comprendre les phases sui~antes :
- meulage ou grenaillage de la surface, . :
: .:: - , . -: . . : - -W O 92/05320 P ~ /FR91/00735 æ ~ 9 ~ 8 8 ~ 12 - métallisation d'un voile d'alliage de type nickel/chrome/bore/silicium autofusible, à l'side d'un chalumeau.
La présente lnvention n'est pss limitée aux modes de réslisa-tion qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisstions contenues dans le domalne des revendica-tions ci-après. Cn peut notamment, sans sortlr du cadre de l'inventlon, prévoir un nombre de barreaux de matériau dur différent de cinq, des section6 de barreaux différentes de la section rectangulaire, des formes non planes de face d'attaque et de face de fuite de dent.
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abrasion telle que le carbure de tungstène ou similaire. Les longerons métalliques sont tous reliés d'une part à la ba6e de structure métallique 27 et d'autre part à la traverse métallique antérieure 28.
Dans ce mode de réalisation, les faces extérieures de la dent 5 ne sont pas recouvertes d'une couche de protection anti-usure à base de matériau dur. La présence des zone~ internes de matériau dur telles que le barreau 24 suffit 8 retarder considérablement l'usure de la dent.
La structure représentée sur les figures 11 à 13 est similaire de celles des figures 8 à 10: la structure interne est identique ; la 10 seule différence est la présence d'une couche extérieure protectr~ce 100 de matériau dur, tels que des grains de carbure de tungstène fondu liés par une matrice métallique, ladite couche protectrice recouvrant la face d'attaque 6, la facette frontale 8 et les chants latéraux 12 et 13.
L'aspect extérieur d'une telle dent est identique à celui représenté sur 15 les figures 2 à 4.
Le mode de réalisation représenté sur les figures 14 à 16 est similaire à celui des figures 11 à 13, et en diffère par le fait que l'on supprime la traverse métallique 28. Dans ce cas, les longerons métalliques tels que les longerons 25 et 26 comportent des extrémités 20 antérieures libres qui ne se rejoignent pas, et l'espace 24 est une fente ouverte. Les longerons métalliques forment ainsi une sorte de peigne, dont les interstices sont occupés par une rangée de barreaux en matériau dur. La matière dure remplissant les interstices tels que l'espace 24 ~e propage jusqu'à la couche protectrice 100 recouvrant la 25 facette frontale de coupe 8. En variante, on peut utiliser la même structure interne de dent, dépourvue de couche protectrice 100 exté-rieure.
Dans le mode de réalisation des figures 17 à 19, la structure est similaire à celle du mode te réalisation des figures 14 à 16. Elle 30 en diffère par le fait que, dans la zone antérieure des chants latéraux 12 et 13, l'épai6seur de la couche protectrice 100 de matière dure est augmentée. Ces zones constituent en effet des zones d'usure préféren-tielle, Roumises à des contraintes d'uRure supérieures à celles subies par les autres parties de travail de la dent. On a constaté qu'une 35 falble augmentation d'épa$sseur de couche protectrice dans ces deux parties latérales conduit à augmenter sensiblement la longévité de la dent.
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:, -W O 92/05320 P ~ /FR91/00735 9 20~1~88 Le mode de ré~lisation des figures 20 à 22 diffère des modes de réalis~tlon précédents en ce que des ponts de matière dure sont préw s pour relier les barreaux successifs internes de matière dure de la dent.
Comme dans le mode de ré~lisation des figures 8 à 10, 1~ structure métallique de la dent comprend une base métallique 27 à laquelle se raccordent les longerons intermédiaires 25, 26, 29 et 30 ainsi que deux longerons latérsux 31 et 32. Les extrémités sntérieures des longerons latéraux 31 et 32 sont reliées par la traverse 28 métallique. Les longerons intermédiaires métalliques 25, 26, 29 et 30 comportent des extrémités antérieures libre~ en retrait de la traverse 28 métallique.
La matière dure forme ainsi les barreaux longitudinaux 24, 33, 34, 35 et 36, et les extrémités antérieures des barreaux sont reliées les unes aux sutres par une traverse 37 de matière dure. La traver~e 37 de matière dure peut avantageusement occuper toute la hauteur de la partie active de dent, c'est-à-dire toute la distance séparant la face d'attaque 6 et la face de fuite 7, comme le représente la figure 20. Dans ce cas, lors de l'util~sation, la traver6e métallique 28 s'use assez rapidement, et laisse sppsrsltre la traverse 37 en matière dure qui s'oppose à l'usure.
De même, les longerons latérsux 31 et 32 métslliques s'usent a~sez rspidement, et laissent ensuite apparaitre les barreaux latéraux de matière dure 33 et 36, qui s'opposent à l'usure.
Dsns ce même mode de réslisation, les bsrreaux longitudinaux en matériau dur sont reliés les uns aux autres par des ponts de matérisu dur de hsuteur plus petite que les barreaux et avec lesquels ils forment une plsque de matériau dur constitusnt la partie centrsle de la face d'attaque 6. Ainsi, comme le représente la figure 22 en coupe transverssle, les bsrreaux longitudinaux de matière dure 24 et 33 sont rellés par le pont 33. Ls figure 20 est une coupe selon le plan D-D
longitudinal de la figure 21, et représente la coupe longitudinale de ce même pont 30. Les ponts 39, 40 et 41 relient deux à deux les sutres barreaux longitudinaux de matière dure. En d'sutres termes, les longerons métslliques intermédiaires ont une hauteur plus fsible que la hauteur totale de la partie sctive de dent, de sorte que la mstière dure recouvre les barresux longitudinsux intermédisires sur la fsce d'attaque 6 de la dent.
Dans tous les modes de réalisation qui ont été décrits, les bsrreaux en matériau dur peuvent avoir une épaisseur de 4 à 15 . ~ .
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~u9.~888 10 mlllimètres environ, et être séparés par des zones métalliques ou longerons métalliques dont l'épaisseur est de 4 à 15 millimètres environ. L'épaisseur est définie comme étant la dimension selon une direction parallèle à l'arête transversale de coupe 9. La longueur des 5 barreaux en matériau dur est sensiblement égale à la longueur de la zone d'usure maximale admissible de la dent. La matière dure constituant les barreaux longitudinaux peut avantageusement contenir des grains de carbure de tungstène fondu, de préférence des grains sphéroIdaux exempts de zones anguleuses. Des caractéristiques anti-usure améliorées sont 10 obtenues en utilisant un mélange de grains de différents calibres, certains des grains de carbure de tungstène fondu présentant un diamètre égal ou supérieur à 2 millimètres.
Selon l'invention, le procédé pr~féré représenté sur les figures 23 à 27, pour réaliser les zones internes de matière dure telles 15 que les barreaux longitudinaux, comprend les étapes suivantes:
a) selon la figure 23, réaliser une ébauche 42 en métal ou alliage, comprenant la zone de fixation 10 et la partie métallique de zone de travail 11, ladite partie métallique de zone de travail comportant une série de fentes longltudinales 43 débouchant au moins sur la face 20 d'attaque 6 et séparées par des longerons 25, 26, 29, 30, 31, 32;
b) selon la figure 24, disposer ladite ébauche 42 sur un support 44 avec sa face d'attaque 6 au dessus et en orientation sensiblement horizon-tale;
c) selon la figure 25, remplir lesdites fentes longitudinales 43 svec 25 des particules de matière dure anti-abrasion 45 telle que le carbure de tungstène fondu ou simllaire, en vibrant l'ensemble, de sorte que les particules viennent au maximum en appui contre les parois des fentes et sont jointives les unes aux autres;
d) selon la figure 25, préparer une quantité suffisante d'un alliage 30 approprié 46 sous forme adaptée pour assurer une répartition ultérieure de l'alliage au cours d'une phase de fusion ultérieure, l'alliage étant un alllage de brasage susceptible de mouiller les particules de matière dure 45 et la matière formant l'ébauche 42 et de fondre à une température inférieure à la température de fusion de l'ébauche 42 et du 35 support 44;
e) selon la figure 26, chauffer l'ensemble à une température supérieure à la température de fusion de l'alliage 46 et inférieure à la : :
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température de fusion de l'ébauche 42 et du support 44, pour assurer l'lnfiltration de l'alllage en fuslon entre les particules de matlère dure 45 ;
f) selon la flgure 27, laisser refroidir et séparer la pièce obtenue de 80n 5uppor t.
Dans le mode de réallsation décrlt en relation avec les figures 23 à 27, l'ébauche 42 est telle que le6 longeronæ métalliques intermédiaires 25, 26, 29 et 30 sont en retrait de la face d'attaque 6 définie par les longerons extrêmes 31 et 32. De cette façon, lors de l'étape de rempllssage et d'lnflltratlon de la figure 25, la matière dure 45 remplit les fentes 43 et recouvre les longerons lntermédia~res 25, 26, 29 et 30 pour constituer une plaque de matière dure infiltrée 47, représentée sur la figure 27, forman$ la zone centrale de la face d'attaque 6.
Selon une variante, les extrémités antérieures des longerons extrêmes 31 et 32 sont reliées l'une à l'autre par une traverse métalllque telle que 18 traverse 28 représentée sur la figure 20, tandis que les longerons intermédiaires 25, 26, 29 et 30 comportent une extrémité libre séparée de la traverse 28 par un inter~alle. ~e cette façon, lors de l'étape de remplissage et d'infiltration illustrée par la figure 25, la matière dure 45 remplit ledit intervalle séparant les extrémités libres tes longerons intermédiaires et la traverse métallique 28, pour former une traverse de matière dure 37 telle que représentée sur les figures 20 et 21.
Le procédé est compatible avec une étape ultér~eure au cours de laquelle on peut réaliser un revêtement superficiel 100 de matière dure sur la face d'attaque 6 et la facette frontale 8, comme le représentent les figures 11 à 16. Le re~êtement superficiel 100 de matière dure peut par exemple être réalisé par fusion au chalumeau ou à l'arc électrique d'un cordon de soudure, selon les procédés classiques de rechargement par soudure.
Pour améliorer la cohésion entre la structure métallique de corps de dent et les parties en matériau dur, on peut recourir, avant infiltration-soudure, à une étape préalable de préparation de la surface de l'ébauche de~ant être au contact de 1Q matière dure. La préparation peut comprendre les phases sui~antes :
- meulage ou grenaillage de la surface, . :
: .:: - , . -: . . : - -W O 92/05320 P ~ /FR91/00735 æ ~ 9 ~ 8 8 ~ 12 - métallisation d'un voile d'alliage de type nickel/chrome/bore/silicium autofusible, à l'side d'un chalumeau.
La présente lnvention n'est pss limitée aux modes de réslisa-tion qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisstions contenues dans le domalne des revendica-tions ci-après. Cn peut notamment, sans sortlr du cadre de l'inventlon, prévoir un nombre de barreaux de matériau dur différent de cinq, des section6 de barreaux différentes de la section rectangulaire, des formes non planes de face d'attaque et de face de fuite de dent.
: : . :
. ' :
Claims (15)
1 - Dent pour outil d'excavation tel qu'une fraise de dragage ou roue-pelle pour exploitation minière, comprenant une structure de corps de dent en métal ou alliage mécaniquement résistant présentant une zone de fixation (10) pour sa solidarisation à une structure d'entraîne-ment (1) et une zone de travail (11) pour creuser le sol, la zone de travail (11) étant généralement plate en forme de pelle limitée par une face d'attacue (6) et une face de fuite (7) généralement planes ou peu incurvées se raccordant par une facette frontale (8) en biseau définissant une arête transversale de coupe (9), la zone de travail (11) comprenant une rangée de barreaux (24, 33, 34, 35, 36) constitués d'un mélange à base de grains de matériau dur liés dans une matrice, lesdits barreaux étant longitudinaux et sensiblement perpendiculaires à l'arête transversale de coupe (9), et formant une rangée de barreaux insérés dans les interstices d'un peigne métallique à plusieurs longerons (25, 26, 29, 30, 31, 32) constitué par le reste de la structure de corps, caractérisée en ce que les barreaux longitudinaux en matériau dur (24, 33, 34, 35, 36) occupent toute la hauteur de la dent entre la face d'attaque (6) et la face de fuite (7).
2 - Dent selon la revendication 1, caractérisée en ce que les barreaux longitudinaux en matériau dur (24, 33, 34, 35, 36) sont séparés de la facette frontale (8) par une traverse métallique (28).
3 - Dent selon la revendication 2, caractérisée en ce que les barreaux longitudinaux en matériau dur (24, 33, 34, 35, 36) sont reliés les uns aux autres par des ponts de matériau dur (38, 39, 40, 41) de hauteur plus petite que les barreaux et avec lesquels ils forment une plaque de matériau dur (47) constituant la partie centrale de face d'attaque (6).
4 - Dent selon la revendication 3, caractérisée en ce que les extrémités antérieures des barreaux en matériau dur (24, 33, 34, 35, 36) sont reliées les unes aux autres par une traverse en matériau dur (37) de hauteur sensiblement égale à la hauteur des barreaux.
- Dent selon l'une quelconque tes revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les barreaux en matériau dur (24, 33, 34, 35, 36) ont une épaisseur de 4 à 15 millimètres environ et sont séparés par des zones métalliques (25, 26, 29, 30) dont l'épaisseur est de 4 à 15 millimètres environ.
- Dent selon l'une quelconque tes revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les barreaux en matériau dur (24, 33, 34, 35, 36) ont une épaisseur de 4 à 15 millimètres environ et sont séparés par des zones métalliques (25, 26, 29, 30) dont l'épaisseur est de 4 à 15 millimètres environ.
WO 92/05320 PCT/FR91/00735
6 - Dent selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les barreaux en matériau dur (24, 33, 34, 35, 36) ont une longueur sensiblement égale à la longueur de la zone d'usure maximale admissible de la dent.
7 - Dent selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la face d'attaque (6), la facette frontale (8) et les chants latéraux (12, 13) sont recouverts d'une couche (100) de matière à base de grains de matériau dur liés dans une matrice.
8 - Dent selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les barreaux longitudinaux en matériau dur (24, 33, 34, 35, 36) contiennent des grains de carbure de tungstène fondu.
9 - Dent selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'une partie des grains de carbure de tungstène fondu présente un diamètre égal ou supérieur à 2 millimètres.
10 - Dent selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les barreaux en matériau dur (24, 33, 34, 35, 36) sont liés au métal du corps de dent par un alliage de brasage formant ladite matrice liant les grains de matériau dur.
11 - Procédé de réalisation d'une dent pour outil d'excavation tel qu'une fraise pour dragage ou roue-pelle pour exploitation minière, du type comprenant une structure de corps de dent en métal ou alliage mécaniquement résistant présentant une zone de fixation (10) pour solidarisation à une structure d'entraînement (1) et une zone de travail (11) pour creuser le sol, la zone de travail étant généralement plate en forme de pelle limitée par une face d'attaque (6) et une face de fuite (7) généralement planes ou peu incurvées se raccordant par une facette frontale (8) en biseau définissant une arête transversale de coupe (9), la zone de travail comprenant des barreaux (24, 33, 34, 35, 36) constitués d'un mélange à base de grains de matériau dur liés dans une matrice, lesdits barreaux étant noyés dans le métal du corps de dent et formant des barreaux longitudinaux sensiblement perpendiculaires à
l'arête transversale de coupe (9), procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
a) réaliser une ébauche (42) en métal ou alliage, comprenant la zone de fixation (10) et la partie métallique de zone de travail (11), ladite partie métallique de zone de travail comportant une série de fentes longitudinales (43) débouchant au moins sur la face d'attaque (6) et séparées par des longerons (25, 26, 29, 30, 31, 32) ;
b) disposer ladite ébauche (42) sur un support (44) avec sa face d'attaque (6) au dessus et en orientation sensiblement horizontale ;
c) remplir lesdites fentes longitudinales (43) avec des particules de matière dure anti-abrasion (45) telle que le carbure de tungstène fondu ou similaire, en vibrant l'ensemble, de sorte que les particules viennent au maximum en appui contre les parois des fentes et sont jointives les unes aux autres ;
d) préparer une quantité suffisante d'un alliage approprié (46) sous forme adaptée pour assurer une répartition ultérieure de l'alliage au cours d'une phase de fusion ultérieure, l'alliage étant un alliage de brasage susceptible de mouiller les particules de matière dure (45) et la matière formant l'ébauche (42) et de fondre à une température inférieure à la température de fusion de l'ébauche (42) et du support (44) ;
e) chauffer l'ensemble à une température supérieure à la température de fusion de l'alliage (46) et inférieure à la température de fusion de l'ébauche (42) et du support (44), pour assurer l'infiltration de l'alliage en fusion entre les particules de matière dure (45) ;
f) laisser refroidir et séparer la pièce obtenue de son support.
l'arête transversale de coupe (9), procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
a) réaliser une ébauche (42) en métal ou alliage, comprenant la zone de fixation (10) et la partie métallique de zone de travail (11), ladite partie métallique de zone de travail comportant une série de fentes longitudinales (43) débouchant au moins sur la face d'attaque (6) et séparées par des longerons (25, 26, 29, 30, 31, 32) ;
b) disposer ladite ébauche (42) sur un support (44) avec sa face d'attaque (6) au dessus et en orientation sensiblement horizontale ;
c) remplir lesdites fentes longitudinales (43) avec des particules de matière dure anti-abrasion (45) telle que le carbure de tungstène fondu ou similaire, en vibrant l'ensemble, de sorte que les particules viennent au maximum en appui contre les parois des fentes et sont jointives les unes aux autres ;
d) préparer une quantité suffisante d'un alliage approprié (46) sous forme adaptée pour assurer une répartition ultérieure de l'alliage au cours d'une phase de fusion ultérieure, l'alliage étant un alliage de brasage susceptible de mouiller les particules de matière dure (45) et la matière formant l'ébauche (42) et de fondre à une température inférieure à la température de fusion de l'ébauche (42) et du support (44) ;
e) chauffer l'ensemble à une température supérieure à la température de fusion de l'alliage (46) et inférieure à la température de fusion de l'ébauche (42) et du support (44), pour assurer l'infiltration de l'alliage en fusion entre les particules de matière dure (45) ;
f) laisser refroidir et séparer la pièce obtenue de son support.
12 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable de préparation de la surface de l'ébauche devant recevoir la matière dure, l'étape de préparation comprenant les phases suivantes :
- meulage ou grenaillage de la surface, - métallisation d'un voile d'alliage de type nickel/chrome/bore/silicium autofusible, à l'aide d'un chalumeau.
- meulage ou grenaillage de la surface, - métallisation d'un voile d'alliage de type nickel/chrome/bore/silicium autofusible, à l'aide d'un chalumeau.
13 - Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, caractéri-sé en ce que :
- l'ébauche (42) est telle que les longerons métalliques intermédiaires (25, 26, 29, 30) sont en retrait de la face d'attaque (6) définie par les longerons extrêmes (31, 32), - lors de l'étape de remplissage et d'infiltration, la matière dure (45) remplit les fentes (43) et recouvre les longerons intermédiaires pour constituer une plaque de matière dure infiltrée (47) formant la zone centrale de face d'attaque (6).
- l'ébauche (42) est telle que les longerons métalliques intermédiaires (25, 26, 29, 30) sont en retrait de la face d'attaque (6) définie par les longerons extrêmes (31, 32), - lors de l'étape de remplissage et d'infiltration, la matière dure (45) remplit les fentes (43) et recouvre les longerons intermédiaires pour constituer une plaque de matière dure infiltrée (47) formant la zone centrale de face d'attaque (6).
14 - Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que :
- les extrémités antérieures des longerons extrêmes (31, 32) sont reliées l'une à l'autre par une traverse métallique (28), tandis que les longerons intermédiaires (25, 26, 29, 30) comportent une extrémité libre séparée de la traverse métallique (28) par un intervalle, - lors de l'étape de remplissage et d'infiltration, la matière dure (45) remplit ledit intervalle séparant les extrémités libres des longerons intermédiaires et la traverse métallique (28), pour former une traverse de matière dure (37).
- les extrémités antérieures des longerons extrêmes (31, 32) sont reliées l'une à l'autre par une traverse métallique (28), tandis que les longerons intermédiaires (25, 26, 29, 30) comportent une extrémité libre séparée de la traverse métallique (28) par un intervalle, - lors de l'étape de remplissage et d'infiltration, la matière dure (45) remplit ledit intervalle séparant les extrémités libres des longerons intermédiaires et la traverse métallique (28), pour former une traverse de matière dure (37).
15 - Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, caractéri-sé en ce qu'il comprend une étape ultérieure de réalisation d'un revêtement superficiel (100) de matière dure couvrant notamment la face d'attaque (6) et la facette frontale (8), par fusion d'un cordon de soudure.
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