CH642885A5 - Grain de coupe. - Google Patents
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Description
L'invention est du domaine de l'industrie du travail des métaux et se rapporte à un grain de coupe, plus particulièrement un grain de coupe indexable en carbure cémenté à utiliser dans un porte-outil pour usiner des pièces métalliques.
La forme et la configuration du grain de coupe sont pour beaucoup dans la technique du travail des métaux. On peut voir quel-ques-unes des configurations les plus récentes dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3973307. Ce brevet décrit un grain de coupe d'un nouveau type, qui permet le contrôle des copeaux sans utiliser pour ce faire des brise-copeaux en creux ou en relief, lesquels, entravant leur écoulement, augmenteraient les besoins en puissance appliquée.
Dans l'industrie du travail des métaux, le contrôle des copeaux est très important. Quand le copeau est séparé de la pièce en cours d'usinage, il est hautement désirable qu'il s'enroule d'abord et se sépare ensuite de son copeau mère. On obtient ainsi des copeaux enroulés, individuels et séparés les uns des autres, ce qui assure à l'opérateur un environnement plus sûr et, de plus, augmente la sûreté de manutention lorsqu'ils doivent être traités par la suite en ateliers ou ailleurs.
Quand on se réfère au copeau enroulé, on utilise les termes serré et lâche. Serré se réfère à un copeau qui a tendance à trop s'enrouler et qui peut se fragmenter plus finement que désiré. D'autre part, un copeau lâche est un copeau qui ne s'enroule pas autant que le fait le copeau idéal et qui peut se fragmenter plus grossièrement que désiré. A l'intérieur de certaines limites entre les copeaux serrés et lâches, les copeaux sont acceptables dans le travail des métaux; s'ils sont inacceptables, ils sont qualifiés de trop serrés ou de trop lâches.
L'enroulement plus ou moins serré des copeaux affecte la consommation de puissance appliquée et le taux d'usure du grain de coupe. Quand le copeau devient plus serré, la pression avec laquelle celui-ci appuie sur le grain de coupe augmente, produisant ainsi une augmentation de la formation des cratères sur le grain de coupe,
dans la zone de contact. Cette situation conduit à augmenter la puissance appliquée et réduit la durée de vie du grain de coupe.
Traditionnellement, les grains de coupe connus, comme celui du brevet des Etats-Unis d'Amérique précité, comprennent un corps polygonal ayant une face supérieure et une face inférieure, jointes par une paroi périphérique. A la jonction d'une face avec la paroi périphérique se trouvent deux arêtes coupantes, attenantes et faisant un angle l'une avec l'autre, formant coin. Vers l'intérieur, depuis les arêtes coupantes se trouve une surface qui se prolonge par une paroi descendante, laquelle rejoint une face horizontale s'étendant vers le centre du grain de coupe.
On a remarqué que les grains de coupe de ce type sont efficaces et permettent un bon contrôle des copeaux dans une certaine gamme de vitesse, de débit et de pièces à usiner. Cependant, quand on utilise ces grains de coupe pour des opérations d'usinage, longues et ininterrompues, sur une seule pièce à usiner, ils ont une tendance à voir leur arête se briser dans les coins. On pense que cette tendance à une défaillance prématurée dans les coins est due à une augmentation du nombre des cratères dans la zone faisant angle et dans la paroi descendante, derrière l'arête exécutant la coupe. Un mécanisme possible d'explication est le suivant: lorsqu'un copeau est formé sur l'arête coupante, il glisse sur la paroi descendante, il heurte la face horizontale et il est contraint à s'enrouler. Cependant, un problème surgit dans le coin où les surfaces de coupe et les parois descendantes se rejoignent sous un certain angle. En référence à la surface de coupe et à la paroi descendante considérées, et pour la clarté de l'exposé, la surface de coupe et la paroi descendante situées sur le côté et faisant angle seront désignées par les dénominations surface de flanc et paroi descendante de flanc.
La surface de flanc et la paroi descendante de flanc entravent la libre circulation des copeaux vers la paroi descendante depuis l'arête. L'extrémité du copeau qui entre en contact avec la surface de flanc et la paroi descendante de flanc s'enroule de façon plus serrée que le reste des copeaux qui sont éloignés du coin. Dans la zone de contact entre le copeau, la surface de flanc et la paroi descendante de
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flanc, les pressions produites sont supérieures à celles qui naissent le long de la paroi descendante hors des coins. Cela produit dans cette zone une augmentation de la formation des cratères, ce qui affaiblit le coin et est la cause de la tendance observée selon laquelle le coin est la première partie du grain de coupe à devenir défectueux durant les fonctionnements prolongés.
Cette tendance aux défaillances prématurées dans le coin du grain de coupe durant les fonctionnements prolongés n'a pas été véritablement contrecarrée par l'addition d'une surface secondaire, ou marche, derrière la paroi descendante, tel que cela est illustré dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 4087193.
On doit remarquer également que, bien que dans le passé on ait placé sur les grains de coupe des butées (voir par exemple le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 4214645), ces butées n'ont pas été utilisées en combinaison avec une surface secondaire de façon à obtenir une réduction de la formation des cratères sur la surface de flanc et sur la paroi descendante de flanc. Leur utilisation a visé en premier lieu à rayer et fragmenter les copeaux.
Le grain de coupe selon l'invention, résistant à l'usure, de préférence moulé, est fait par exemple de carbure cémenté d'un métal dur, de céramique et analogue, et possède une configuration qui permet d'enlever plus efficacement le métal et qui réduit la formation des cratères sur la surface de flanc et sur la paroi descendante de flanc à proximité du coin des arêtes.
L'invention a donc pour but un grain de coupe ayant une surface secondaire inclinée et, en coin, une butée, dont la configuration permet de réduire la formation des cratères sur la surface de flanc et sur la paroi descendante de flanc dans le coin du grain de coupe.
L'invention a également pour but un grain de coupe ayant une surface secondaire inclinée et une butée dont la configuration permette de réduire la demande en puissance nécessaire à la coupe.
Le grain de coupe selon l'invention a un corps polygonal avec une face supérieure et une face inférieure, jointes par une paroi périphérique dont les coins sont arrondis. A la jonction d'au moins une face avec la paroi périphérique se trouvent au moins deux arêtes coupantes qui font un angle entre elles. En continuité avec et située derrière elles se trouve une première surface qui s'étend vers l'intérieur en direction du centre du corps polygonal. Au bord intérieur de chacune de ces surfaces, on rencontre une première paroi descendante qui s'étend elle aussi vers l'intérieur du corps polygonal. Dans le coin du grain de coupe se trouve une surface secondaire. Elle s'étend du bord intérieur de la première paroi descendante vers l'intérieur en direction du centre du corps polygonal. La largeur de cette surface secondaire est à son maximum dans le coin et décroît en s'éloignant de celui-ci. Au bord intérieur de la surface secondaire, on rencontre une paroi descendante secondaire qui s'étend vers l'intérieur depuis cette surface secondaire et se termine en rejoignant une face plane qui s'étend elle aussi en direction du centre du corps. La surface secondaire présente une certaine hauteur au-dessus de la face plane. Cette hauteur est variable le long de la périphérie du grain de coupe. Elle est à son maximum dans le coin et diminue lorsqu'on s'en éloigne. Une butée est située dans chaque coin. Cette butée a une hauteur suffisante pour dépasser au-dessus de la surface secondaire.
De préférence, la largeur de la surface secondaire diminue jusqu'à atteindre zéro à un point intermédiaire entre deux coins adjacents.
De préférence aussi, la hauteur de la surface secondaire diminue jusqu'à atteindre zéro à un point intermédiaire entre deux coins adjacents.
De préférence encore, la butée est séparée de la première paroi descendante par la surface secondaire et a une position telle qu'elle fait jonction avec la surface secondaire, la paroi descendante secondaire et la face plane.
De préférence toujours, la butée se trouve centrée sur la bissectrice du coin.
Avantageusement, la butée se trouve à une distance comprise entre 1,10 et 1,55 mm du bord formant le coin des deux arêtes coupantes, distance mesurée sur la bissectrice depuis ce coin jusqu'au point où la butée rejoint la surface secondaire.
Avantageusement aussi, la hauteur maximale de la butée n'excède pas de plus de 5/100 mm la hauteur avec laquelle la surface secondaire dépasse de la surface plane, la butée a une forme partiellement sphéroïdale, de préférence sphérique.
Avantageusement encore, la largeur de la première surface est à son minimum dans les coins.
Avantageusement encore, la première surface et la face plane sont sensiblement parallèles l'une à l'autre et la première surface est sensiblement perpendiculaire à la paroi périphérique du grain de coupe.
Dans de tels grains de coupe, la butée, en combinaison avec la surface secondaire dont la largeur et la hauteur décroissent graduellement en s'éloignant du coin, sert à soulever le copeau à proximité de ce coin, réduisant ainsi la formation de cratères sur la surface de flanc et sur la paroi descendante de flanc. Avec la butée et la surface secondaire ainsi positionnée, il se forme, pour les coupes profondes, des copeaux coniques ayant un large diamètre, qui sont éloignés du coin, ce qui réduit la demande en puissance comparativement au grain de coupe traditionnel.
L'invention sera bien comprise en référence au dessin annexé, à titre d'exemple, dans lequel :
la fig. 1 est une vue isométrique d'une forme d'exécution du grain de coupe selon l'invention;
la fig. 2 est une vue de dessus du coin du grain de coupe représenté à la fig. 1 ;
la fig. 3 est une section en coupe du coin représenté à la fig. 2, selon la bissectrice B-B de l'angle C formé par le coin, et la fig. 4 est une coupe partielle du grain de coupe représenté à la fig. 1, entre deux coins consécutifs, selon l'axe IV-IV.
A la fig. 1, on a représenté une forme d'exécution de grain de coupe. Ce grain a un corps polygonal 51 présentant une face supérieure 53 et une face inférieure 55, jointes par une paroi périphérique 57 dont les coins 59 sont arrondis. A la jonction d'au moins une face avec la paroi périphérique 57 se trouvent au moins deux arêtes coupantes 61 formant un angle entre elles. En prolongement et derrière chaque arête 61 se trouve une première surface 63 qui s'étend vers l'intérieur en direction du centre du corps polygonal 51.
Au bord intérieur de chaque surface 63, on rencontre une première paroi descendante 65 entre les coins et aux coins proprement dits une première paroi descendante 66, qui s'étendent vers l'intérieur du corps polygonal 51. Dans les coins 59 se trouve une seconde surface secondaire 67. Elle joint le bord intérieur de la première paroi descendante 66, respectivement 65, et s'étend vers l'intérieur en direction du centre du corps polygonal 51.
La largeur de la surface secondaire 67 est à son maximum dans les coins 59 et décroît graduellement jusqu'à atteindre zéro à un point intermédiaire entre deux coins adjacents 59. Faisant jonction avec le bord intérieur de la surface secondaire 67 se trouve, vers l'intérieur, une paroi descendante secondaire 69 qui se termine en faisant jonction avec une face plane 71, laquelle s'étend également vers l'intérieur en direction du centre du corps 51.
Au centre du corps polygonal 51, il peut y avoir une perforation 73 qui le traverse de la face supérieure 53 à la face inférieure 55.
Dans cette perforation 73 peut s'engager une cheville (non représentée) pour fixer et maintenir le grain de coupe sur le corps du porte-outil.
En revenant à la surface secondaire 67, on peut voir d'après la fig. 1 que celle-ci se trouve à quelque hauteur au-dessus de la face plane 71. La hauteur de la surface secondaire 67 est variable au long de la périphérie du grain de coupe. Cette hauteur est maximale dans les coins 59 et diminue jusqu'à atteindre zéro à un point intermédiaire entre deux coins adjacents 59.
Selon la forme d'exécution représentée à la fig. 1, à la fois la hauteur et la largeur de la surface secondaire 67 décroissent jusqu'à atteindre zéro à un point intermédiaire entre deux coins adjacents
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59. Il est clair cependant, bien que cela ne soit pas représenté sur le dessin, que la hauteur et la largeur de la surface secondaire 67 peuvent diminuer jusqu'à une valeur différente de zéro, entre deux coins voisins 59. En variante, la hauteur de la surface secondaire 67 peut diminuer jusqu'à atteindre zéro pour une largeur différente de zéro, ou bien sa largeur peut diminuer jusqu'à atteindre zéro à une hauteur au-dessus de la face plane 71 différente de zéro.
De plus, comme cela est visible sur la fig. 1, une butée 75 est située dans chaque coin 59. Cette butée a une hauteur suffisante pour dépasser au-dessus de la surface secondaire 67. Comme représenté sur la fig. 1, en tant que forme d'exécution préférée, la butée est séparée de la première paroi descendante 65 et de la surface secondaire 67. La butée 75 doit être ainsi positionnée qu'elle fasse jonction avec la surface secondaire 67, la paroi descendante secondaire 69 et la face plane 71.
En référence maintenant à la fig. 2, qui est un agrandissement d'un coin 59, on peut voir que la butée 75 est de préférence centrée sur la bissectrice B-B de l'angle au coin formé par deux arêtes 61 adjacentes faisant un angle entre elles. Il est spécialement avantageux que la butée 75 soit située à une distance comprise entre 1,10 et 1,55 mm du bord du coin, distance mesurée depuis le bord 72 du coin 71 le long de la bissectrice B-B jusqu'au point où la butée 75 rejoint la surface secondaire 67.
La position de la butée 75 derrière les arêtes coupantes 61 est critique en ce que, si elle est située trop loin des arêtes, elle ne joue aucun rôle pour contrôler les copeaux ni pour les soulever et que, si elle est située trop près des arêtes, elle tend à ce que les copeaux s'accumulent et s'enroulent de façon trop serrée.
De préférence également, la hauteur maximale de la butée 75 ne dépasse pas de plus de 5/100 mm la hauteur avec laquelle la surface 63 dépasse de la face plane 71, et la butée 75 a une forme partiellement sphéroïdale, de préférence sphérique.
Ces rapports sont clairement visibles sur la fig. 3, qui est une coupe à travers le coin 59 selon la bissectrice B-B. On peut voir que la butée 75 peut être une partie d'une sphère ayant un rayon r qui fait intersection avec la surface secondaire 67 et la face plane 71.
La hauteur maximale de la butée 75, ou du centre de la sphère dont la butée 75 forme partie, est située derrière le coin 59 à une distance Y qui est de préférence comprise entre 1,65 et 2,05 mm.
Toujours en référence à la fig. 3, ainsi qu'à la coupe de la fig. 4, la première surface 63 peut varier en largeur entre les coins 59. On remarquera que sa largeur peut être à son minimum dans les coins 59. Cela est spécialement vrai pour les grains de coupe qui sont destinés à des travaux légers. Dans les grains de coupe pour des travaux plus lourds, la largeur de la première surface 63 entre les coins 59 et
à proximité immédiate des coins 59 peut être égale. Dans la forme d'exécution représentée dans les figures précitées, la largeur L2 de la zone 63 à proximité des coins 59 est de préférence comprise entre 25 et 36/100 mm, mais peut être plus large pour des grains de coupe 5 pour travaux lourds. La largeur de la première surface 63 dans les coins proprement dits 59, soit Ll, peut être comprise entre 12 et 23/100 mm, mais peut être aussi large que L2 dans les configurations pour travaux lourds.
La hauteur T1 de l'arête coupante au-dessus de la surface plane io 71 est de préférence de l'ordre de 0,25 mm et peut varier sensiblement selon les applications auxquelles sont destinées le grain de coupe. La hauteur de la surface secondaire 67 dans les coins 59 au-dessus de la face plane 71, représentée en T2 sur la fig. 3, est de l'ordre de la moitié de la hauteur Tl.
15 On notera cependant que la largeur et la hauteur de la surface secondaire 67 décroissent en s'éloignant des coins 59. Cela apparaît clairement dans les fig. 1 et 4.
Dans la fig. 1, on voit que la première paroi descendante 66 forme un angle E avec la première surface 63. Cet angle E est typiquement de 25°, mais peut varier sensiblement selon les applications, de façon à permettre d'obtenir la dimension désirée des copeaux. En dehors des coins 59, l'angle que fait la première paroi descendante 65 avec la première surface 63 n'est pas si abrupte que l'angle E dans les coins. Comme indiqué sur la fig. 4, cet angle E est approximativement de 20°. Cet angle peut également être modifié selon les applications pour permettre un bon contrôle de la dimension des copeaux.
Toujours en référence aux fig. 3 et 4, la première surface 63 est sensiblement parallèle à la face plane 71 et sensiblement perpendiculaire à la paroi périphérique 57. De préférence, la surface 67 est sensiblement parallèle à la première surface 63.
La surface secondaire 67 aide à un bon contrôle de la configuration des copeaux, en combinaison avec la butée 75, ainsi qu'avec l'angle et la hauteur de la première paroi descendante 65, respectivement 66, et de la première surface 63. Dans les coins 59, la surface secondaire 67 agit avec la butée 75 pour relever l'extrémité du copeau. Ce soulèvement vers le haut du copeau dans le coin 59 serait contrecarré par la surface secondaire si celle-ci était, entre deux coins adjacents 59, aussi large et aussi haute que dans les coins 59. Ce problème est évité en réduisant la hauteur et la largeur de la surface secondaire 67 entre deux coins adjacents 59, de façon à permettre aux copeaux de s'enrouler librement vers le haut, dans les coins 59. De la sorte, la surface secondaire 67 et la butée 75 coopèrent pour réduire la formation de cratères sur la surface de flanc et sur la paroi descendante de flanc; pour des coupes profondes, il se forme des copeaux coniques.
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1 feuille dessins
Claims (11)
1. Grain de coupe comprenant:
— un corps polygonal (51) avec une face supérieure (53) et une face inférieure (55) jointes par une paroi périphérique (57) dont les coins sont arrondis,
— à la jonction d'au moins une face avec la paroi périphérique (57) au moins deux arêtes coupantes (61) qui font un angle entre elles,
— en continuité avec et située derrière elles, une première surface (63) qui s'étend vers l'intérieur en direction du centre du corps polygonal (51), et
— au bord intérieur de chacune de ces surfaces une première paroi descendante (65, 66) qui s'étend elle aussi vers l'intérieur du corps polygonal,
caractérisé par le fait qu'il comprend:
— dans le coin (59) une surface secondaire (67) qui s'étend du bord intérieur de la première paroi descendante (65, 66) vers l'intérieur en direction du centre du corps polygonal (51), la largeur de cette surface secondaire (67) étant à son maximum dans le coin (59) et décroissant en s'éloignant de celui-ci,
— au bord intérieur de la surface secondaire (67), une paroi descendante secondaire (69) qui s'étend vers l'intérieur depuis cette surface secondaire (67) et se termine en rejoignant une face plane (71) qui s'étend elle aussi en direction du centre du corps, la surface secondaire (67) présentant une certaine hauteur au-dessus de la face plane (71), hauteur à son maximum dans le coin (59) et diminuant lorsqu'on s'en éloigne, et
— dans chaque coin (59) une butée (75) dont la hauteur est suffisante pour dépasser au-dessus de la surface secondaire (67).
2. Grain de coupe selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface secondaire (67) diminue jusqu'à atteindre zéro à un point intermédiaire entre deux coins adjacents (59).
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REVENDICATIONS
3. Grain de coupe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la hauteur de la surface secondaire (67) diminue jusqu'à atteindre zéro à un point intermédiaire entre deux coins adjacents (59).
4. Grain de coupe selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la butée (75) est séparée de la première paroi descendante (65, 66) par la surface secondaire (67) et a une position telle qu'elle fait jonction avec la surface secondaire (67), la paroi descendante secondaire (69) et la face plane (71).
5. Grain de coupe selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la butée se trouve centrée sur la bissectrice du coin (59).
6. Grain de coupe selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la butée se trouve à une distance comprise entre 1,10 et 1,55 mm du bord formant le coin des deux arêtes coupantes (61), distance mesurée sur la bissectrice depuis ce coin (59) jusqu'au point où la butée rejoint la surface secondaire (67).
7. Grain de coupe selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la hauteur maximale de la butée n'excède pas de plus de 5/100 mm la hauteur avec laquelle la surface secondaire (67) dépasse de la surface plane (71).
8. Grain de coupe selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la butée a une forme partiellement sphéroïdale.
9. Grain de coupe selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la largeur de la première surface (63) est à son minimum dans les coins (59).
10. Grain de coupe selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la première surface (63) et la face plane (71) sont sensiblement parallèles l'une à l'autre.
11. Grain de coupe selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la première surface (63) est sensiblement perpendiculaire à la paroi périphérique (57) du grain de coupe.
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