CH618625A5 - Cutting tip and use of this tip for skimming (peeling) metal bars on a lathe - Google Patents

Description

La présente invention a pour objets une plaquette de coupe en matière frittée et l'utilisation de cette plaquette pour l'écroûtage au tour de barres en métaux ayant une dureté élevée.

L'écroûtage au tour constitue un procédé d'usinage bien connu selon lequel on effectue au moins une passe d'ébauchage et au moins une passe de finition.

Il permet l'usinage des métaux par enlèvement de matière, et plus particulièrement l'usinage au tour de barres métalliques dont la surface présente le plus souvent un état brut de transformation. L'utilisation de cette plaquette de coupe convient plus spécialement pour l'écroûtage au tour sans centre, par passes importantes, de métaux durs sous forme de barres de section grossièrement circulaire, pouvant présenter de nombreux défauts de surface. C'est le cas, par exemple, des barres brutes de forgeage ou de laminage en aciers ordinaires, en aciers de construction, ou encore en aciers inoxydables ou réfractaires.

Les méthodes courantes d'écroûtage de ces barres font appel de façon de plus en plus généralisée à des outils rapportés, constitués par des plaquettes en matière dure. Cette matière est, le plus souvent, à base de carbure de tungstène, fritté avec un liant convenable, et additionné éventuellement d'autres composés tels que le carbure de titane. Les plaquettes comportent en général plusieurs arêtes de coupe utilisables successivement, et sont le plus souvent fixées sur le porte-outils par un dispositif de bridage qui permet de les monter et démonter rapidement. On peut ainsi, dès qu'une arête de coupe est usée, modifier la position de la plaquette afin de mettre en service une autre arête, ou encore remplacer la plaquette usée par une neuve.

Les fig. 1 à 6 montrent deux types de plaquettes couramment utilisées pour l'usinage au tour et, en particulier, pour l'écroûtage au moyen de tours sans centre.

Les fig. 1 et 2 représentent une plaquette de coupe 1 en forme de prisme droit, à base hexagonale. Les intersections des 6 faces latérales 2 et 2' avec les bases forment six arêtes principales de coupe 3 et six arêtes secondaires de planage ou d'appui 4. On voit que les arêtes de coupe et de planage sont de longueurs sensiblement égales. Les faces latérales et les arêtes sont raccordées par des arrondis. Les fig. 3 et 4 montrent l'utilisation, pour l'écroûtage d'une barre cylindrique, de cette plaquette. Pour cela, la plaquette 1 est montée sur un porte-outils 5. Elle est encastrée dans un logement 6 ainsi que la plaquette d'appui 7 en général en acier, sur laquelle elle repose. Ce logement est orienté de façon que l'arête d'appui 8 soit parallèle à l'axe de la barre à écroûter 9. L'angle d'arête est, dans ce cas, d'environ 25°. L'angle de coupe utilisé dépend de la nature du métal à usiner. Dans le cas de l'écroûtage des aciers, on préfère en général travailler avec un angle négatif de l'ordre de 5° qui est obtenu par une inclinaison convenable de la surface sur laquelle repose la plaquette d'appui 7 surmontée de la plaquette de coupe 1 dans le logement 6 du porte-outils 5. Une bride 10 maintient la plaquette dans son logement grâce à une vis de blocage 11. D'irne façon générale, les plaquettes hexagonales présentent l'intérêt de disposer de six arêtes de coupe utilisables successivement. Elles conviennent bien pour des travaux d'usinage ou d'écroûtage de produits en acier dont la surface n'est pas trop irrégulière ou oxydée. Il est alors possible, au moyen d'une plaquette ayant par exemple un diamètre de cercle inscrit d'environ 22 mm et des arêtes de coupe et d'appui d'environ 15 mm, de réaliser des profondeurs de passe de l'ordre de 4 mm par rapport au rayon avec des avances variables suivant la dureté et la nature du métal. Ces plaquettes peuvent comporter en arrière de l'arête de coupe des surfaces brise-copeaux qui évitent les risques d'accumulation et de bourrage des copeaux, mais diminuent la tenue mécanique de l'arête. De façon générale, ce type de plaquette convient mal à l'écroûtage des barres en aciers forgés de surface irrégulière et oxydée.

Un autre type courant de plaquette est celui décrit dans le brevet FR N° 1587936. Cette plaquette (voir fig. 5 et 6) est plus compacte que la précédente. Cette compacité a été obtenue en ne conservant que quatre arêtes de coupe et quatre arêtes d'appui sensiblement égales, ce qui a permis de donner une forme d'octogone allongé à la plaquette vue en plan, et, par conséquent, de réduire sa largeur 1. Par contre, l'épaisseur e a été accrue en valeur relative puisqu'elle est voisine de la largeur 1. Un tel rapport e/1 élevé favorise la résistance mécanique de la plaquette vis-à-vis des efforts qui s'exercent sur ses arêtes de coupe. Le bridage de cette plaquette est effectué sur le côté, ce qui permet d'éviter ou de réduire les contacts avec les copeaux, et, par conséquent, de diminuer l'usure de la bride. Ce type de plaquette est essentiellement conçu pour des travaux d'usinage ou d'écroûtage avec angle de coupe positif généralement de quelques degrés. Il permet, dans ces conditions, d'obtenir de bons états de surface; l'arête secondaire d'appui qui comporte souvent un chanfrein à angle de dépouille nul ou négatif, permet d'éviter ou de réduire au minimum les vibrations en assurant un appui stable. Ce type de plaquette est mal adapté à l'écroûtage de barres d'acier brutes de forge recouvertes d'une couche de calamine et présentant souvent des irrégularités de forme et des replis. La résistance mécanique de l'arête de coupe à l'abrasion et aux chocs est alors insuffisante et la largeur de l'arête de coupe souvent trop faible pour pouvoir absorber sans incidents les surépaisseurs localisées. Ainsi une plaquette de ce type de 25 mm de long pour laquelle l'angle d'arête principale est de 25° aura des arêtes de coupe d'environ 11 mm de long, et permettra donc une profondeur de passe qui ne dépassera pratiquement pas 4 mm par rapport au rayon. Les surépaisseurs éventuelles débordant l'arête de coupe risqueront de venir au contact de la bride et de provoquer sa rupture.

Une autre solution permettant de réaliser de fortes profondeurs de passe et d'obtenir un bon état de surface a été proposée: elle consiste à combiner sur un outil de tour à écroûter deux outils

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successifs, le premier permettant d'effectuer une forte passe d'écroûtage, tandis que le second effectue derrière le premier une passe de finition. La fig. 7 est une vue en plan d'un tel montage dans lequel un porte-outils 12 est équipé d'une plaquette circulaire 13 à bridage axial par une vis 14 qui permet d'effectuer la première passe d'écroûtage, la deuxième passe étant faite par une plaquette hexagonale 15 fixée par une bride 16. L'expérience a montré qu'une telle disposition convenait mal pour l'écroûtage des aciers forgés ou laminés à chaud, la plaquette circulaire à fixation centrale n'ayant pas une tenue mécanique suffisante et résistant mal à l'abrasion. L'emploi, à la place de la plaquette circulaire, d'une plaquette du type décrit dans le brevet FR N° 1587936 est possible, mais il ne résout pas davantage les problèmes qui viennent d'être exposés, qui concernent les grandes profondeurs de passes nécessaires pour les produits bruts de forme irrégulière, la tenue mécanique des arêtes de coupe et les accumulations éventuelles de copeaux.

L'invention a précisément pour objet de résoudre les problèmes qui viennent d'être évoqués. A cet effet, la plaquette de coupe selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte quatre arêtes de coupe et quatre arêtes d'appui, et en ce que les arêtes de coupe sont composées chacune de deux tronçons inégaux, d'orientation différente, le tronçon le plus court, constituant une arête auxiliaire de coupe, étant disposé en avant dans le sens de la coupe, et l'autre tronçon, constituant une arête principale de coupe, ayant une longueur au moins double de celle de l'arête auxiliaire de coupe ou de l'arête d'appui.

Cette plaquette de coupe permet d'obtenir le résultat recherché en combinant l'aptitude à l'écroûtage par fortes passes avec une tenue mécanique de la plaquette considérablement accrue.

L'utilisation de cette plaquette, conformément à l'invention, est caractérisée par le fait que l'on utilise la plaquette de coupe comme plaquette d'ébauchage.

Cette utilisation, dans le cas de l'écroûtage d'aciers donnant des copeaux longs et ductiles, s'adapte facilement à l'emploi de dispositifs brise-copeaux particulièrement efficaces. De préférence, on combine sur un porte-outils l'utilisation d'une première plaquette d'écroûtage selon l'invention qui est conçue pour la réalisation de fortes passes d'écroûtage, tout en conservant une possibilité supplémentaire d'absorber sans incidents des surépaisseurs accidentelles localisées, avec une deuxième plaquette finisseuse, montée en tandem, qui enlève une quantité optimale de métal afin d'obtenir un bon état de surface, tout en assurant, en même temps, l'appui du porte-outils par rapport à la pièce. Ce dernier rôle est particulièrement important dans le cas de l'écroûtage sur tours sans centre, où il faut éviter ou réduire le plus possible les vibrations.

L'exemple non limitatif ci-après permet de mieux comprendre les caractéristiques essentielles du dispositif employé lors de l'utilisation de la plaquette de coupe suivant l'invention, en se référant aux fig. 8 à 12 du dessin annexé.

La fig. 8 est une vue en plan d'un porte-outils comportant deux plaquettes de coupe dont l'une, utilisée comme plaquette d'ébauche, est conforme à l'invention.

La fig. 9 est une vue en plan de la plaquette suivant l'invention.

La fig. 10 est une vue en élévation suivant une grande face latérale longitudinale de la plaquette de la fig. 9.

La fig. 11 est une vue de côté de la plaquette représentée à la fig. 9.

La fig. 12 est une vue en plan d'un porte-outils dans lequel les plaquettes sont bridées au moyen d'un brise-copeaux.

Comme on le voit sur la fig. 8, le porte-outils 17 comporte une plaquette d'ébauche 18 conforme à l'invention et une plaquette de finition 19 de type classique qui, dans cet exemple, est une plaquette hexagonale. Sur cette figure, les brides de fixation n'ont pas été représentées afin de mieux voir la disposition des plaquettes.

Cette plaquette a été conçue dans le but de donner à la zone de coupe un développement maximal, l'arête d'appui ou de planage étant réduite au minimum nécessaire pour éviter les vibrations. Cette plaquette a la forme générale d'un parallélépipède rectangle comportant deux grandes bases 20, deux grandes faces latérales longitudinales 21, et deux petites faces latérales transversales 22. Les faces latérales sont raccordées entre elles par des plans relativement étroits 23, 24 et 25 qui constituent quatre faces latérales secondaires raccordées suivant des angles bien déterminés avec les faces principales. C'est l'intersection des faces secondaires avec les bases qui forme les arêtes d'appui ou de planage. Ces quatre faces latérales secondaires ont des largeurs moyennes généralement inférieures au tiers de la largeur des grandes faces latérales. Les fig. 9,10 et 11 montrent l'existence en avant de l'arête principale de coupe 26 d'une arête auxiliaire de coupe 27 dont la longueur ne dépasse pas environ le tiers de l'arête principale 26. C'est cette arête principale qui assure normalement la coupe. L'arête 27 n'intervient dans la coupe que de façon accidentelle quand le produit en cours d'écroûtage présente localement des surépaisseurs : elle permet alors d'absorber celles-ci sans incident. Il est ainsi possible d'utiliser en écroûtage des largeurs de coupe moyennes voisines de la longueur totale du tronçon principal de l'arête de coupe, tout en disposant d'une marge de sécurité constituée par l'arête 27, qui est en quelque sorte en réserve. A l'arrière de l'arête principale 26, l'arête 28, orientée parallèlement à l'axe de la pièce à écroûter, joue le rôle d'appui. Sa longueur peut être réduite au minimum étant donné que, comme le montre la fig. 8, c'est la plaquette de finition 19 qui assure l'appui du porte-outils 17 sur la pièce en cours d'usinage 29 par son arête secondaire d'appui 30. Celle-ci, qui présente une longueur importante, est d'autant plus efficace pour stabiliser le porte-outils qu'elle se trouve en contact avec une surface de barre lisse et régulière après la passe de finition.

Une autre caractéristique très importante de cette plaquette d'écroûtage réside dans la tenue mécanique exceptionnelle qui est conférée à chacune des quatre arêtes de coupe 26 par l'angle dièdre supérieur à 90° formé par les deux plans qui s'intersectent suivant cette arête. L'un de ces deux plans est constitué par la grande face latérale 21 de la plaquette, tandis que l'autre 31 forme avec le plan de base supérieur 20 un dièdre d'arête 32. Cette arête 32 n'est pas parallèle au plan de la grande face latérale 21, mais fait avec lui un angle d'environ 5 à 10°. Son origine est au voisinage de l'intersection de l'arête principale de coupe 26 et de l'arête d'appui 28, tandis que son point d'aboutissement se trouve sur l'arête 33 au voisinage de l'extrémité de l'arête auxiliaire de coupe 27. La surface 31 est inclinée d'environ 25° par rapport au plan de base. Une telle disposition confère une tenue mécanique accrue très importante à l'arête 26 par rapport aux angles dièdres habituels qui, en coupe positive, sont inférieurs à 90°, et même le plus souvent égaux ou inférieurs à 80°. Ici, au contraire, l'angle dièdre est d'environ 115°. Ces plaquettes suivant l'invention sont utilisées exclusivement en coupe négative, et comme l'angle de dépouille principal est généralement de l'ordre de 4 à 6°, on voit que, pour un angle dièdre proche de 115°, l'angle de coupe sera d'environ 30° à quelques degrés près, en plus ou en moins.

Les plaquettes de coupe décrites peuvent avoir des dimensions variables suivant les besoins. Une dimension courante pourra, par exemple, s'inscrire dans un parallélépipède rectangle dont les grands côtés ont environ 25 mm, et les petits côtés environ 20 mm. Les quatre arêtes principales de coupe comporteront un tronçon parallèle aux grandes faces latérales d'environ 16 mm de long, les quatre faces latérales secondaires étant sensiblement égales, perpendiculaires aux grandes bases et faisant un angle d'environ 155° avec les grandes faces latérales. Les arêtes auxiliaires de coupe et les arêtes d'appui ont des longueurs sensiblement égales d'environ 5 mm. La plaquette de finition est une plaquette hexagonale de type courant.

Le bridage de ces deux plaquettes peut être assuré par toute bride de type classique. Il peut cependant être effectué de façon particulièrement avantageuse au moyen d'une ou de deux brides

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brise-copeaux du type qui fait l'objet de la demande de brevet français N° 76.04521. La fig. 12 montre l'utilisation de telles brides.

On voit que la plaquette d'ébauche 34 conforme à l'invention et la plaquette de finition 35 sont bridées au moyen de brides brise-copeaux 36 et 37 de forme générale conique en carbure de tungstène fritté, fixées sur le porte-outils 44 par des vis axiales 38 et 39 et calées par des cales 40 et 41 également en carbure de tungstène fritté, qui sont chacune en appui sur le bord latéral d'une des brides.

Les cales elles-mêmes sont engagées dans des logements 42 et 43 usinés dans le porte-outils. On voit que de telles brides peuvent jouer efficacement le rôle de brise-copeaux car les copeaux qui sont détachés par l'arête principale de coupe viennent en contact avec les parois coniques de ces brides circulaires, ce qui dévie fortement leur trajectoire. L'expérience montre que cette déviation favorise la rupture des copeaux en fragments de faible longueur. Il est possible également, en disposant convenablement les brides par rapport à la trajectoire des copeaux, de dévier ceux-ci à la fois vers le haut et latéralement dans une direction déterminée, pour réduire encore les risques d'accumulation et de bourrage de copeaux. Comme cela a été décrit dans la demande de brevet citée plus haut, ces brides ont une très grande résistance à l'usure, et leur mode de calage évite les risques de dévissage ou de grippage ou encore de cisaillement de la vis axiale qui les maintient. En vue d'exercer une pression suffisante sur les plaquettes, la surface supérieure de celles-ci doit être à un niveau au moins égal à celui de la surface du porte-outils autour du logement et, de préférence, dépasser celui-ci de 1 à 2 dixièmes de millimètre.

Un dispositif tel que celui qui vient d'être décrit, comportant une plaquette d'ébauchage à arête principale (tronçon parallèle à la grande face latérale) de 16 mm travaillant suivant un angle d'arête principale de 25°, permet de réaliser des profondeurs de passes d'écroûtage de l'ordre de 6 mm par rapport au rayon, des surépaisseurs accidentelles pouvant atteindre près de 4 mm par rapport au rayon étant absorbées par le tronçon court situé en avant de cette arête principale. De plus, en taillant le plan supérieur tel que 31 du dièdre qui supporte l'arête de coupe de la façon qui a été précisée, on provoque un enroulement des copeaux qui les fragilise.

La plaquette de coupe de type classique en question peut être d'un type quelconque, à condition qu'elle comporte une arête d'appui d'une longueur suffisante pour réaliser un calage correct du porte-outils contre la barre à écroûter.

La plaquette de coupe décrite peut présenter des dimensions différentes de celles qui ont été données à titre indicatif. Elle se 5 distingue notamment des plaquettes connues par l'extension de ses arêtes principales de coupe par rapport à ses arêtes d'appui, dont la longueur ne dépasse pas sensiblement le tiers du tronçon rectiligne le plus long de l'arête de coupe. Elle se distingue aussi des plaquettes de coupe connues par l'angle dièdre supérieur à 90° io formé par les deux plans qui s'intersectent suivant l'arête de coupe; cet angle dièdre peut varier entre environ 105 et 130°. L'angle d'arête principal est égal au supplément de l'angle dièdre entre les faces latérales secondaires 24 et les grandes faces latérales longitudinales 21. Il peut varier entre environ 10 et 35°. Cette 15 disposition ainsi que l'existence en avant du tronçon principal, d'un tronçon d'arête de coupe de longueur réduite, mais susceptible de travailler suivant un angle d'arête double, permet d'accroître de façon spectaculaire le poids de copeaux d'écroûtage produit pour un même poids de plaquettes de carbure mis en 20 œuvre. Cette disposition permet aussi, grâce à la coupe négative et à l'obliquité de l'arête de coupe, de réaliser des copeaux roulés et courts qui sont fragilisés et se dégagent facilement de l'outil sans créer de bourrage. L'utilisation de dispositifs brise-copeaux est alors moins nécessaire. L'accroissement de production permis par 25 ce dispositif est d'autant plus sensible que les métaux ou alliages écroûtés sont plus durs et que les ronds bruts nécessitent des passes plus importantes.

Le bridage des plaquettes d'ébauchage peut être réalisé de différentes façons. On peut, en particulier, envisager un bridage 30 latéral tel que celui qui est décrit dans le brevet FR N° 1587936. Dans ce cas, on peut envisager de donner aux faces latérales transversales des plaquettes suivant l'invention des formes analogues à celles qui sont représentées par les fig. 5 et 6, le logement du porte-outils étant alors aménagé en conséquence. Cependant, 35 un bridage sur la face supérieure est généralement préférable à condition que le type de bride utilisé puisse résister à l'action mécanique des copeaux, en particulier quand ceux-ci comportent une couche d'oxyde dont l'action abrasive peut être considérable. Ce dernier cas est celui des couches d'oxydes formées à chaud sur 40 les aciers inoxydables ou réfractaires. Dans ces cas, les brides circulaires du type décrit et revendiqué par la demande de brevet FR N° 76.04521 sont particulièrement intéressantes.

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3 feuilles dessins

Claims (7)

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1. Plaquette de coupe en matière frittée à base de carbures métalliques, caractérisée en ce qu'elle comporte quatre arêtes de coupe et quatre arêtes d'appui (28), et en ce que les arêtes de coupe sont composées chacune de deux tronçons inégaux (26, 27), d'orientation différente, le tronçon le plus court (27), constituant une arête auxiliaire de coupe, étant disposé en avant dans le sens • de la coupe, et l'autre tronçon (26), constituant une arête principale de coupe, ayant une longueur au moins double de celle de l'arête auxiliaire de coupe (27) ou de l'arête d'appui (28).

2. Plaquette de coupe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur des arêtes auxiliaires de coupe (27) est égale à celle des arêtes d'appui (28).

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REVENDICATIONS

3. Plaquette de coupe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'angle dièdre dont l'arête est constitué par l'arête principale de coupe (26), est compris entre 105 et 130°.

4. Utilisation de la plaquette de coupe selon la revendication 1, pour l'écroûtage au tour de barres en métaux durs, caractérisée par le fait que l'on utilise ladite plaquette de coupe (34) comme plaquette d'ébauchage.

5. Utilisation selon la revendication 4, de la plaquette de coupe selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'angle que fait l'arête auxiliaire de coupe (27) par rapport à la direction de la coupe est égal au double de celui que fait l'arête principale de coupe (26) par rapport à cette même direction.

6. Utilisation selon la revendication 4, caractérisée par le fait que l'on effectue, en une seule passe, l'ébauchage et la finition, au moyen de ladite plaquette de coupe (34) et d'une plaquette de finition (35), ces deux plaquettes étant montées sur le même porte-outils.

7. Utilisation selon l'une des revendications 4 ou 6, caractérisée par le fait que l'on effectue l'écroûtage au moyen d'un tour sans centre.