CH624873A5

CH624873A5 -

Info

Publication number: CH624873A5
Application number: CH408278A
Authority: CH
Inventors: Glynn Arthur Ellis
Original assignee: Glynn Arthur Ellis
Priority date: 1977-04-16
Filing date: 1978-04-17
Publication date: 1981-08-31
Also published as: SE434607B; SE7804038L; DE2816428A1; US4214499A; FR2392753B1; DK165278A; FR2392753A1; GB1597465A; CA1074212A

Description

L'invention a pour objet une lame de coupe qui minimise ce problème.

Cette lame de coupe est définie à la revendication 1.

De préférence la forme concave comporte deux axes de courbure respectivement disposés dans des plans inclinés l'un par rapport à l'autre.

De préférence, l'un de ces axes de courbure est parallèle à l'axe de la lame lorsqu'il s'agit d'une lame rotative et perpendiculaire au plan de la lame.

Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple:

les fig. 1 à 5 illustrent des considérations théoriques concernant les divers angles d'une lame de scie;

les fig. 6 et 7 représentent une forme d'exécution d'une lame de scie conforme à l'invention; et les fig. 8 et 9 représentent l'usinage d'une lame de scie selon l'invention.

La lame de scie circulaire (ou fraise à tronçonner) représentée à la fig. 1 comprend une âme 2 présentant une ouverture 3 destinée au passage d'un arbre ayant un axe de rotation 3A. Des dents 4, régulièrement espacées à la périphérie de l'âme, sont délimitées par des parties découpées 5. Chaque dent comporte une encoche 6 où se loge une plaquette 7 fabriquée en un matériau plus dur que celui de l'âme 2.

Ainsi que l'illustre la fig. 2, chaque encoche 6 présente une face 8 et une face 9 formant un certain angle, avec entre elles une portée 11, la face 9 se confondant avec une partie découpée 5. Chaque partie découpée 5 est donc terminée, d'un côté, par une face 9 et de l'autre côté par une surface 12 formant la face arrière d'une dent.

La plaquette ou pastille 7 représentée à la fig. 2 comme un parallélépipède comporte une face supérieure 13, une face arrière 14, une face de base 15, une face frontale 16 et des faces latérales 17 et

18.

La plaquette, fixée sur l'âme par l'intermédiaire des faces 14 et 15, dépasse l'encoche 6 à l'avant, de chaque côté et vers le haut.

L'intersection des faces 13 et 16 crée une arête 19 qui fournira la partie coupante de la plaquette et qui est parallèle à l'axe 3A.

Sous cette forme, la plaquette n'est évidemment pas utilisable. Il est tout d'abord nécessaire d'incliner la face 13 (fig. 3) par rapport au plan tangent 21 passant par l'arête 19. L'angle défini de cette manière est dit «angle de dépouille sommitale».

La face 16 est également inclinée par rapport au plan radial 22 passant par l'arête 19 et forme un angle dit «angle d'attaque». Par définition l'angle d'attaque tel que représenté à la fig. 3 est positif. Un angle dans l'autre sens est négatif. Les faces 17 et 18 sont aussi inclinées et déterminent des angles dits de «dépouille latérale».

La fig. 4 est une vue du haut de la fig. 3 représentant une dent 4 et sa pastille 7 dans la voie 24 que forme la scie dans une pièce 23 et montre clairement les angles de dépouille latérale, angles dégageant la partie arrière de la plaquette 7 de façon que l'arête 19 soit seule en contact avec les flancs 24.

Les faces latérales 17 et 18 sont d'autre part biseautées vers l'âme 2 déterminant ainsi de part et d'autre de la pastille 7 un angle dit de «convergence» de la face d'attaque 16, conférant à celle-ci une allure trapézoïdale isocèle, comme cela ressort de la fig. 5 qui montre la pastille de face dans la voie de sciage 24. Ainsi l'angle de convergence de la face d'attaque 16 est essentiellement l'angle que forment les bords latéraux de cette face avec des plans parallèles à l'âme 2 et passant par les extrémités A et B respectivement de l'arête

19.

Ainsi seule l'arête 19 est en contact avec la pièce 23 dans la voie de sciage 24. Les définitions des divers angles sus-énoncés ont été faites en supposant que l'arête 19 est parallèle à l'axe 3 A de la scie. Il

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arrive cependant que l'arête 19 soit quelquefois biaisée par rapport au plan 22 passant par le point A: le point B est donc situé soit en avant soit en arrière du plan 22, l'arête 19 formant alors un angle dit «angle de dégagement». Lorsqu'on a recours à une arête de coupe biaisée, il est préférable d'alterner le sens du biais. D'autre part, le biais de l'arête 19 influencera la forme des diverses faces de la pastille 7.

Lorsque l'arête 19 est parallèle à l'axe 3 A on a une attaque frontale, dans les autres cas on a une attaque oblique partant d'un «point» de coupe.

En plus de la géométrie de la plaquette 7, l'action de coupe dépend d'autres facteurs tels que la dureté du matériau à usiner, l'épaisseur de l'âme, la vitesse de rotation, l'avance de coupe, le nombre de dents, la structure du matériau (tubulaire, massif, etc...).

En cours de sciage, les angles de dépouille latérale provoquent (en particulier lorsque les angles de dégagement sont alternativement positifs et négatifs) un déplacement latéral de la lame vers l'une des faces de la voie de sciage 24. Par suite, l'angle de dépouille latérale apparent (lors de la coupe) est plus grand lorsqu'on coupe une pièce massive que lorsqu'on coupe un tube ou une pièce du même genre. Cet effet, qui pourrait être appelé «effet d'arrachement ou de broutage» est surtout mis en évidence lors de la coupe d'une pièce à paroi mince, lorsque l'avance ou l'entraînement de l'outil est irrégulier.

L'angle de convergence favorise l'évacuation des copeaux des zones de coupe. L'angle de dépouille sommitale est choisi de façon à permettre le sciage avec une avance de coupe allant de pair avec une force d'entraînement raisonnable. Les angles de dépouille sommitale et de dépouille latérale dépendent l'un de l'autre; en augmentant l'angle de convergence pour compenser une réduction du jeu latéral (en principe aussi petit que possible) on constate que la longueur de l'arête 19 devient excessive par rapport à l'épaisseur de l'âme. Dans certains cas la base de la pastille pourrait être plus étroite que l'épaisseur de l'âme, affaiblissant ainsi la résistance mécanique de la liaison entre la pastille et sa dent.

Ce problème a toujours limité la largeur minimale possible de la saignée (ou de la voie de sciage) susceptible d'être réalisée avec une vitesse de coupe commercialement acceptable pour des métaux.

D'autre part, pour assurer à une lame de scie usuelle en cours de travail une stabilité suffisante, la largeur de la voie de sciage doit être relativement large, par exemple de 4 mm pour une scie de 300 mm de diamètre.

De plus, la coupe d'une scie dépend du choix de l'angle d'attaque et de son sens (positif ou négatif).

Par exemple si une grande vitesse de coupe est requise (plus de 40 m/s) un angle d'attaque négatif peut conduire à un tronçonnage présentant des surfaces irrégulières. Pour réduire cet inconvénient, on peut concevoir l'utilisation d'un angle positif; on observe alors une grande sollicitation de la dent et le «broutage» de la plaquette 7. Pour éviter cette situation, on travaille habituellement avec des angles négatifs relativement grands, de l'ordre de —4° à — 6°. Ces angles conduisent à une autre difficulté: l'arête gratte plus qu'elle ne coupe, réduisant ainsi sensiblement la durée de vie de la plaquette 7.

Le choix d'un angle négatif associé à l'angle de dépouille latérale convenant le mieux crée un haut niveau de bruit. De plus, l'âme de la scie doit présenter une épaisseur suffisante pour que les dents aient une résistance suffisante pour supporter les sollicitations latérales sans se rompre. On pense que le bruit est dû à des conditions de résonance entre l'outil et la pièce lors de la coupe ainsi qu'à des mouvements de rotation de l'air entraîné par les parties découpées 5.

La fig. 6 représente une lame de coupe conforme à l'invention comportant une dent 4 munie d'une pastille ou plaquette 7 dont les dimensions par rapport à celles de la dent sont choisies de façon que les faces 17 et 18 ne débordent à l'arrière que peu de la dent 4. Pratiquement la face arrière déborde de la dent d'une distance de l'ordre de 0,0064 mm à 0,046 mm pour des lames d'un diamètre de 75 mm à 500 mm.

La base de la plaquette 7 est agencée de façon à s'escamoter dans l'encoche disposée à l'arrière de la partie découpée 5 de façon que la face avant de la plaquette se fonde dans et forme le prolongement de la surface arrière de la partie découpée 5.

La longueur de l'arête 19 n'est qu'un peu plus grande que la largeur de la dent, cette longueur étant juste suffisante pour donner le jeu qu'il faut pour éviter le coincement de la lame. Par exemple l'arête 19 peut ne dépasser la largeur de la dent que de 0,125 mm pour un trait de scie (ou sillon) de 1,75 mm et de 0,375 mm pour un sillon de 3,25 mm.

Les faces latérales 17 et 18 sont concaves (ou bombées). Les faces se creusent à partir de l'arête 19 vers le bas et vers l'arrière de la plaquette, et cela à un taux de réduction, immédiatement après les points A et B, qui est plus favorable que celui résultant de surfaces planes. Ces courbes 26 montrent les intersections des concavités des faces latérales et de la face frontale de la plaquette.

La fig. 7 montre l'intersection des surfaces bombées avec la face supérieure 13.

Aves les plaquettes utilisées habituellement le choix des angles des faces 17 et 18 est limité. Les surfaces creuses selon l'invention permettent d'augmenter les angles de dépouille latérale sans accroître la largeur de la plaquette. Ainsi les creusures permettent de munir une lame de coupe de dents à plaquettes rapportées avec des dépouilles supérieures sans affaiblir la liaison mécanique dent-plaquette.

Dans une forme d'exécution type, les creusures sont telles que la largeur de la face frontale, en un lieu où la face frontale est coupée par un cylindre dont l'axe est coaxial à celui de la lame et qui passe par la ligne d'intersection des faces arrière et supérieure, est la même que la longueur du bord arrière de la face supérieure.

Ainsi, si la réduction (obtenue par meulage pour former l'angle de dépouille sommitale) de la longueur radiale de la face arrière de la plaquette (par rapport à la distance radiale du point A) est appelée «hauteur de dépouille sommitale», la largeur transversale de la face frontale à une distance correspondant à cette hauteur est la même que le bord arrière de la face supérieure.

Cette forme particulière de la plaquette présente des avantages inattendus; l'arête coupante se réaffûte d'elle-même lorsqu'elle s'use. Cet effet maintient le tranchant et la forme de la partie active. Il suffit de meuler la partie supérieure de la plaquette alors qu'avec les dents à plaquettes classiques il faut meuler les faces frontale, supérieure et latérales de ces dernières.

La hauteur de dépouille sommitale a été définie par rapport au point A de l'arête 19 pour éviter les difficultés dues à la présence d'arêtes de coupe biaisées.

Dans ces cas la largeur est en fait donnée par la projection (à deux ou trois dimensions) de l'arête de coupe sur une ligne passant par A et parallèle à l'axe de rotation de la lame.

Par ailleurs, dans le cas des scies non circulaires, c'est-à-dire celles qui dans la zone de coupe se déplacent de façon rectiligne, la hauteur de dépouille sommitale est mesurée par rapport à un plan parallèle à la direction du mouvement dans la zone de coupe. Les observations précédentes au sujet d'arêtes de coupe biaisées restent applicables.

Lorsque les creusures sont constituées par des surfaces creuses il est possible, en choisissant convenablement le ou les rayons de courbure et l'emplacement de leurs centres par rapport à la ligne d'intersection de la face supérieure 13 avec la face latérale adjacente 17 ou 16, de modifier la forme et le profil de la face latérale et, par suite, de changer le taux de variation de la largeur de la face frontale depuis le point A vers la base de la face frontale. Le choix de la concavité dépend des utilisations particulières.

Il est aussi possible de restreindre l'étendue de la concavité sur les faces latérales, ceci en creusant non pas sur toute la hauteur (ou longueur radiale) de la plaquette, mais que sur une partie de cette hauteur.

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L'étendue de la concavité sur les laces latérales peut également être restreinte vers l'arrière.

En creusant ainsi on obtient une plaquette qui ne contacte la pièce usinée qu'au voisinage de l'arête de coupe 19.

A cause des creusures faites dans les faces latérales 17 et 18, une veine d'air s'écoule de la face frontale vers l'arrière de la plaquette et la dent, de sorte que la tendance à la résonance dans les parties découpées 5 diminue (équilibrage de la pression d'air de l'avant à l'arrière des plaquettes durant la rotation de la scie).

Le choix des creusures permet donc de fabriquer une lame travaillant à un plus faible niveau de bruit que les lames existantes.

Grâce à ces creusures, il est possible de choisir un angle de dépouille sommitale compris entre 10 et 20 .par exemple 15 . D'autre part, du fait que les angles de dépouille latérale peuvent être réduits à un minimum, l'angle d'attaque peut être choisi dans une relativement grande plage, de—2 à+20 (par exemple 15 pour un angle de dépouille sommitale de 15 ).

La forme concave permet l'utilisation d'une plaquette en carbure de tungstène présentant une épaisseur maximale de moins d'un millimètre, par exemple 0,0626 mm, permettant ainsi de tronçonner du cuivre massif avec une avance de coupe de 25 mm par minute.

La réalisation pratique par meulage des angles de dépouille sommitale et d'attaque ne présente pas de difficulté. Il n'en est pas de même pour l'exécution des faces creuses 17 et 18.

Les fig. 8 et 9 illustrent l'exécution des faces creuses concaves, lue lame 30. représentée en coupe, est montée sur la table 31 d'une all'ûteuse. table pourvue d'un doigt de centrage 32A. La table comporte un dispositif d'accouplement magnétique (ou à succion) capable de maintenir la lame plane sans utiliser des moyens de lixaiion tels que brides ou gougeons. Des moyens (non représentés) sont prévus pour assurer la rotation continue ou pas à pas de la table.

Les plaquettes sont brasées et. en général, elles ne sont pas parfaitement alignées; de plus l'opération de brasage tend à introduire une certaine distorsion de la lame. Par suite, il est difficile de monter la lame sur le plateau 33 de la table 31 et le résultat du montage risque d'être incertain.

Pour év iter cette difficulté, on introduit une cale ou des cales 34 entre la lame et le plateau 33 pour que les plaquettes ne touchent pas ce dernier (les cales s'appuient contre l'âme de l'outil).

L'une des faces latérales (par exemple 17) peut alors être usinée par une meule 35. Les faces 17 sont ainsi rectifiées, alignant ainsi les extrémités Y des arêtes 19.

La lame est ensuite retirée du plateau magnétique afin d'introduire une cale 36 de plus grand diamètre (fig. 9) pour que les extrémités des arêtes 19 de la face 17 s'appuient contre la cale 26. Des moyens de repérage angulaire sont prévus pour remettre la lame, préalablement renversée, dans la même position angulaire par rapport au plateau 33. Les faces 18 peuvent alors être montées, rectifiant ainsi ces faces et alignant les extrémités Z des arêtes de coupe dans un même plan, parallèle au premier. L'opération peut, par exemple, être réalisée avec une précision de 0,0025 mm.

La cale 36 peut comporter un gradin pour que la lame soit mieux soutenue lors du rectifiage. De toute manière il importe que les extrémités Y soient en contact uniforme avec la cale.

Le dispositif de meulage comprend une meule diamant de forme 37 (par exemple calotte de sphère ou autre surface de révolution)

ayant un diamètre de 150 mm et montée sur un arbre 38 telle qu'on le voit à la fig. 8. L'axe 40 de la meule est parallèle à l'axe 39 de la lame, l'axe 40 de la meule étant placé radialement du côté intérieur de la base de la plaquette 7 en train d'être rectifiée, soit à environ 12,5 mm du diamètre de la lame. Cependant, vu dans le sens de la flèche X de la fig. 8, et comme cela est visible à la fig. 9, l'axe 40 de la meule est incliné par rapport à la verticale d'un angle correspondant à celui de la dépouille latérale, par exemple 15.

La position de la meule 37 est choisie de façon que la hauteur de l'arête de coupe 19 dépasse de 0.305 mm de chaque côté le plan de l'âme de la lame pour une longueur de plaquette de 9,5 mm.

Après rectifiage des faces latérales, il faut rectifier les faces de l'âme de la lame pour qu'elles soient parallèles aux plans passant par les extrémités Z et Y. II est commode d'utiliser une autre afïûteuse comportant une table rotative munie d'un dispositif d'accouplement magnétique ou à succion.

Lors du rectifiage des faces de l'âme de la lame, on place la lame sur le plateau de l'affûteuse, en interposant le cas échéant une cale pour éviter d'endommager le plateau, on fait tourner le plateau à vitesse convenable et on rectifie la face adjacente de l'âme à l'aide d'une meule qu'on déplace depuis la périphérie de l'âme vers son centre pour assurer un rectifiage radial, puis on répète ces opérations sur l'autre face. On obtient ainsi une lame dont les faces de son âme sont toutes deux parallèles aux plans passant par les extrémités Z et Y des arêtes de coupe.

On peut envisager d'autres formes de meulage des faces latérales des plaquettes pour produire des creusures en forme de V ou de U présentant un bras très court vers l'arête de coupe et un bras beaucoup plus long vers la base de la plaquette.

Ce procédé de fabrication peut s'appliquer à des scies â arêtes de coupe biaisées travaillant à partir d'un point de coupe.

Une lame de coupe selon l'invention permet d'obtenir des tolérances serrées du trait de coupe et peut être utilisée pour divers matériaux autres que les métaux, par exemple des stratifiés, du bois, etc.

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Claims

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REVENDICATIONS

1. Lame de coupe comportant une âme (2) munie de dents (4) pourvues de plaquettes (7), caractérisée en ce que les faces latérales (17, 18) de chaque plaquette ont chacune une forme concave.
2. Lame de coupe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les faces latérales (17, 18) sont mutuellement inclinées par rapport au plan de l'âme (2) à la fois en arrière par rapport à la face frontale (16) d'une plaquette et vers le bas par rapport à la face supérieure ( 13) de cette plaquette.
3. Lame de coupe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la forme concave comporte deux axes de courbure respectivement disposés dans des plans inclinés l'un par rapport à l'autre.
4. Lame de coupe selon la revendication 3, de forme circulaire, caractérisée en ce que l'un de ces axes est parallèle à l'axe de rotation (3A) de la lame et perpendiculaire au plan de l'âme (2).
5. Lame de coupe selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la forme concave est telle que le plan de chaque face latérale (17,18) est incurvé vers l'arrière par rapport à la face frontale ( 16) et également vers le bas par rapport à la face supérieure (13), les centres de ces deux courbures étant tous deux décalés par rapport aux perpendiculaires au plan de l'âme (2).
6. Lame de coupe selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la forme concave est telle que les faces latérales (17,18) au voisinage de la base (15) d'une plaquette (7) se fondent avec la partie adjacente de la dent correspondante (4).
7. Lame de coupe selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la forme concave est telle que, juste en dessous de l'arête de coupe ( 19), le taux de réduction de la largeur de la plaquette vers l'arrière et vers le bas est supérieur à celui obtenu avec des faces latérales planes.
8. Lame de coupe selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la longueur de l'arête de coupe (19) ne dépasse que légèrement la largeur de l'âme, cette longueur étant juste suffisante pour donner le jeu qu'il faut pour éviter le coincement de la lame.
9. Lame de coupe selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la face frontale ( 16) est agencée de façon à fondre dans, et à former le prolongement de, la surface arrière (9) d'une partie découpée (5) entre deux dents consécutives de la lame.
10. Lame de coupe selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la forme concave s'étend sur toute la longueur d'une plaquette (7).
11. Lame de coupe selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la forme concave s'étend sur une partie de la longueur d'une plaquette (7).
12. Lame de coupe selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que la forme concave s'étend sur toute la distance comprise entre la face avant (16) et la face arrière (14) d'une plaquette (7).
13. Lame de coupe selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que la forme concave s'étend sur une partie de la distance comprise entre la face avant ( 16) et la face arrière (14) d'une plaquette (7).
14. Lame de coupe selon l'une des revendications 1 à 6, de forme circulaire, caractérisée en ce que la largeur de la face frontale ( 16) de la plaquette (7), à l'intersection de la face frontale (16) avec un cylindre dont l'axe est coaxial avec l'axe de la lame et qui passe par l'intersection des faces arrière (14) et supérieure (13) de la plaquette, est la même que la longueur du bord arrière de la surface supérieure (13).

Les scies de tronçonnage comportent une âme circulaire montée sur un arbre et une série de dents disposées à la périphérie de l'âme. Les dents présentent des angles d'attaque convenables et sont en général munies de plaquettes ou pastilles exécutées en un matériau tel que alliage d'acier au cobalt, carbure de tungstène, et rapportées, le plus souvent par brasage.

Les scies connues de ce genre travaillent avec des vitesses de coupe élevées (40 à 70 m/s par exemple) et créent un niveau de bruit insupportable pour l'opérateur et l'environnement, notamment un sifflement.