CH657552A5

CH657552A5 - Fraise annulaire pour percer des trous dans des pieces a usiner.

Info

Publication number: CH657552A5
Application number: CH3168/84A
Authority: CH
Inventors: Everett Douglas Hougen
Original assignee: Hougen Everett D
Priority date: 1983-07-29
Filing date: 1984-07-02
Publication date: 1986-09-15
Also published as: MX159645A; FR2549752B2; NL8401138A; DE3409568A1; SE8401304L; BG48687A3; AU567545B2; NO162007C; HUT38276A; YU75884A; AU2545284A; BR8403392A; RO90581B1; IL72243A; PL145481B1; JPH0329526B2; IT8447942A1; ZA844992B; JPS6039007A; FR2549752A2

Description

La présente invention se rapporte à une fraise annulaire pour percer des trous dans des pièces à usiner.

L'un des problèmes associés en commun à des fraises annulaires est l'usure et le burinage des arêtes situées radialement le plus à l'intérieur des dents de coupe. On a trouvé que ce problème est dû au fait que, pendant une opération de coupe, des copeaux métalliques se logent fréquemment entre la face interne de la périphérie des dents de coupe et la face externe de la périphérie du cylindre de matière central produit par la fraise dans la pièce à usiner. Ces copeaux s'accumulent et ils se soudent à la face interne de la périphérie de la fraise à proximité des bords d'attaque des dents de coupe. Cette accumulation de métal à la face interne de la périphérie des dents de coupe engendre une friction considérable et augmente le couple nécessaire pour faire tourner la fraise. Il en résulte la génération d'une chaleur additionnelle et une usure excessive qui hâte la défaillance de la fraise par burinage et par rupture. Cette accumulation de copeaux autour de la face interne de la périphérie de la fraise produit également des charges radiales sur la fraise, d'où il résulte la formation de trous surdimensionnés avec une finition d'une faible qualité, ce qui entraîne également des ruptures. Il est, en conséquence, évident que la durée de vie de la fraise peut être augmentée en réduisant la friction à une valeur minimum et en refroidissant efficacement les arêtes tranchantes.

La présente invention a par conséquent pour objet de surmonter le problème de l'usure, du burinage, de la surchauffe et de la rupture de fraises annulaires par suite de l'accumulation de copeaux autour de la face interne de la périphérie de la zone de coupe des fraises. La fraise selon l'invention est définie dans la revendication 1. L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel:

la figure 1 est une élévation latérale d'une fraise selon la présente invention;

la figure 2 est une vue fragmentaire en plan de l'extrémité inférieure de la fraise;

la figure 3 est une coupe selon la ligne 3-3 de la figure 1 ;

la figure 4 est une vue similaire à la figure 2 et représentant un autre mode de réalisation,

la figure 5 est une vue en élévation fragmentaire d'une dent vue depuis la périphérie interne de la fraise.

La fraise 10 selon la présente invention consiste à son extrémité supérieure en une tige 12 dont part une paroi latérale cylindrique annulaire 14. L'extrémité inférieure de cette paroi 14 présente plusieurs dents de coupe 16 espacées eirconférentiellement. Entre ses dents successives 16, la paroi 14 comporte des cannelures hélicoïdales 18 qui, s'étendant vers le haut, présentent une profondeur radiale de préférence égale à environ la moitié de l'épaisseur de ladite paroi 14, ou moins. Ainsi, chaque cannelure 18 est juxtaposée radialement à une âme 20. Dans une forme de réalisation de la fraise, chaque dent 16 se compose de trois arêtes tranchantes étagées radialement et eirconférentiellement, c'est-à-dire une arête tranchante interne 22, une arête tranchante intermédiaire 24 et une arête tranchante externe 26. Les arêtes 22 et 24 sont ménagées à l'extrémité inférieure des âmes 20 et, pour recevoir les copeaux qu'elles forment, la région adjacente desdites âmes possède un canal interne 28 et un canal externe 30. L'arête tranchante 22 est délimitée par l'extrémité inférieure d'une face arrière 27 du canal 28 et l'arête tranchante 24 est délimitée par l'extrémité inférieure d'une face arrière 29 du canal 30. L'arête tranchante 26 est formée, quant à elle, par l'extrémité inférieure d'une face arrière 31 de la cannelure 18. Ces faces arrière sont généralement plates et les extrémités supérieures des canaux 28 et 30 sont quelque peu arrondies.

Les arêtes tranchantes 22 et 24 sont mutuellement reliées par un êpaulement circonfêrentiel 32 et les arêtes tranchantes 24 et 26 sont reliées par un êpaulement circonfêrentiel 34. Comme représenté sur la figure 2, chaque êpaulement 32, 34 est formé par un congé au niveau où il se raccorde à l'arête tranchante contiguë. Ces trois arêtes tranchantes sont étagées verticalement ou axialement du fait que chaque dent est formée par une paire de faces biseautées 36 et 38

î

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qui s'étendent eirconférentiellement vers l'arrière à partir desdites arêtes tranchantes, dans une direction inclinée vers le haut, par exemple d'un angle de 8 à 15". En outre, la face biseautée 36 est inclinée radialement vers l'intérieur et axialement vers le haut, la face biseautée 38 étant inclinée vers l'extérieur et axialement vers le haut. Ces deux faces biseautées se rejoignent au niveau d'une crête 40. En fonction de l'utilisation envisagée de l'outil, la face biseautée 36 peut être inclinée radialement d'un angle de +25° à —3°, et de préférence d'environ 15° par rapport à l'horizontale, et la face biseautée 38 peut être inclinée radialement d'un angle de 5° à 35°, et de préférence entre 5° et 19°.

Les arêtes tranchantes 22, 24 et 26 sont étagées verticalement et/ou eirconférentiellement d'une distance telle que chacune de ces arêtes tranchantes détache un copeau séparé, ou au moins rompt la fine lame de matière qui tend à relier les copeaux. Du fait de l'inclinaison des arêtes tranchantes 22 et 24, à la fois radialement et axialement, les copeaux détachés par ces arêtes seront dirigés vers le haut par leurs canaux respectifs et pénétreront dans les cannelures 18. De même, le copeau détaché par l'arête tranchante externe 26 sera dirigé vers le haut par sa cannelure adjacente associée 18, ce qui fait que tous les copeaux sont évacués en douceur et facilement vers le haut en parcourant les cannelures inclinées 18.

Comme le montre la figure 2, la face interne de la périphérie de la paroi 14 est dépouillée radialement vers l'extérieur, à partir d'un endroit situé directement derrière la ligne d'intersection 41 entre la face interne de la périphérie de la fraise et la face arrière 27 du canal 28, pour former un espace 42, et de façon à ménager au plus un intervalle étroit m s'étendant eirconférentiellement vers l'arrière et vers le haut à partir de l'arête tranchante interne 22 de chaque dent.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, l'espace 42 est ménagé en enlevant du métal de la face interne de la périphérie de la paroi de l'outil, au niveau de chque dent, au moyen d'une meule 43, la partie dépouillée étant définie par un segment d'un arc circonfêrentiel 44. La face interne de la périphérie de la fraise est de préférence dépouillée de la manière plus avantageuse représentée sur la figure 4, sur laquelle, au lieu de meuler la dépouille sous la forme d'un arc sur la face interne radiale de chaque dent, cette dépouille est meulée sous la forme d'une surface plate 46, simplement à l'aide d'une meule 48 dirigée radialement dans chaque canal 28 avec un angle choisi. Dans ce cas, l'espace 50 est d'une largeur progressivement croissante vers l'arrière.

La largeur maximale de l'intervalle m ne doit pas dépasser 1,01 mm et doit de préférence être comprise dans une plage allant de 0,05 à 0,38 mm. Un intervalle étroit est souhaitable, car il donne une stabilité radiale à la fraise et tend à empêcher la taille de trous surdi-mensionnés. Cependant, il n'est pas essentiel de former un intervalle sur chaque dent. Si la face interne de la périphérie de la fraise est dépouillée directement jusqu'à la ligne d'intersection entre la face interne de la périphérie de la fraise et la face arrière 27 d'un canal 28 (la ligne en traits interrompus désignée 52 sur la figure 5), il se forme une arête tranchante latérale s'étendant verticalement plutôt qu'un intervalle s'étendant verticalement. Cela réduit à une valeur minimale la friction entre la face interne de la périphérie de l'outil de coupe et le cylindre de matière central formé par l'outil de coupe. Cependant, lorsque les fraises sont fabriquées de manière industrielle, il est difficile de dépouiller chaque arête tranchante sur chaque fraise, afin de former de telles arêtes tranchantes verticales, de sorte que toutes soient espacées exactement de la même distance radiale du centre axial de la fraise que les intervalles circulaires meulés m. En conséquence, il est plus pratique et certainement souhaitable de dépouiller la fraise de manière à laisser un intervalle interne étroit sur chaque dent ou au moins sur la plupart des dents. La dépouille peut être formée de sorte que l'intervalle s'élargisse à partir d'une très faible valeur, à l'extrémité d'attaque axiale de la dent et prenne une largeur progressivement croissante vers le haut. Cela assure la présence d'au moins un intervalle étroit lorsque la fraise est initialement fabriquée et également après qu'elle a été aiguisée de manière répétitive par meulage des deux faces biseautées et

également des faces du canal 27. Ainsi, comme représenté sur la figure 5, l'intervalle m peut être meulé de sorte qu'initialement il présente une largeur, à son extrémité inférieure, de 0,05 mm à 0,13 mm, et d'environ 0,38 mm à son extrémité supérieure. L'étendue verticale 5 des intervalles m est de préférence légèrement supérieure à l'étendue verticale des canaux 28, de sorte que les parties dépouillées 42, 50 s'étendent vers le haut au moins légèrement au-delà des extrémités supérieures des canaux 28.

Comme souligné ci-dessus, l'une des difficultés soulevées par io l'utilisation de fraises annulaires consiste en ce que des copeaux viennent se loger entre la face interne de la périphérie de la paroi de l'outil et la face externe de la périphérie du cylindre de matière central formé par la fraise. La présence d'un intervalle étroit m au plus, en combinaison avec l'espace formant un passage au niveau du 15 côté interne de chaque dent, élimine notablement cette difficulté. Si un copeau reste collé entre la face interne de la périphérie de la fraise et le cylindre de matière, la forte pression par unité de surface qui lui -est appliquée par l'intervalle étroit m ou l'arête tranchante latérale verticale se traduit par une rupture de ce copeau, ou au moins par 20 une diminution par usure suffisante pour que ledit copeau soit rapidement évacué dans l'espace ou passage, puis soit dirigé radialement vers l'extérieur dans le canal contigu et dans la cannelure contigue.

De l'explication qui précède, il découle que les passages d'évacuation 42, 50 doivent avoir une dimension radiale suffisante pour 25 recevoir tout copeau qui entre dans l'espace. Normalement, les fraises sont conçues pour être utilisées à une vitesse d'avance qui produit une charge en copeaux (épaisseur de copeaux) allant jusqu'à 0,13 mm. En conséquence, le passage d'évacuation doit avoir une dimension radiale ayant au moins cette valeur, à l'endroit où il se rac-30 corde au canal contigu. Cependant, le passage d'évacuation doit également avoir cette dimension radiale minimale jusqu'à proximité immédiate du bord arrière de l'intervalle, de sorte que le copeau soit libre de s'échapper rapidement après avoir rencontré l'intervalle. Des essais ont montré que lorsque le passage d'évacuation est déli-35 mité par une surface qui est inclinée radialement vers l'extérieur d'un angle d'au moins 3°, et de préférence d'au moins 7°, sur la tangente au bord arrière de l'intervalle ou sur l'arête tranchante latérale et verticale en l'absence d'intervalle, la largeur radiale nécessaire de 0,13 mm du passage d'évacuation se trouve suffisamment proche de 40 l'intervalle ou de l'arête tranchante latérale pour assurer une évacuation aisée des copeaux. Cet angle par rapport à la tangente est désigné a sur les figures 2 et 4, et est représenté avec une valeur d'environ 12°, qui est préférable pour la configuration de la fraise qui est représentée sur la figure 4. Lorsque l'espace de dégagement est 45 réalisé comme un passage de forme cintrée ayant une largeur maximale en position intermédiaire entre ses extrémités opposées, il est mpératif que l'extrémité d'évacuation du passage ait une largeur d'au moins 0,13 mm.

Lorsque la fraise est alimentée en fluide de refroidissement dirigé so vers le haut au travers d'un passage central 54 dans la tige de la fraise, il est clair que l'espace remplit une fonction supplémentaire, à savoir l'alimentation d'un volume important de fluide de refroidissement en position directement adjacente aux dents qui ont, dans ce cas, une masse inférieure à celle qu'elles auraient si les espaces de dé-55 gagement n'étaient pas formés. Bien que des espaces du plus grand volume possible soient souhaitables du point de vue d'un refroidissement efficace des dents, il faut prendre soin à ne pas dépouiller les dents dans une mesure telle que la masse de chaque dent soit réduite au point que cette dent n'offre qu'une faible résistance.

60 Afin de démontrer par des exemples les résultats améliorés obtenus avec des fraises selon la présente invention, deux fraises ont été soumises à des essais dans les mêmes conditions, et les résultats obtenus sont présentés dans le tableau figurant ci-après. Les deux fraises avaient un diamètre externe de 47,625 mm et étaient du type 65 général représenté sur la figure 1. Les fraises étaient de dimensions et d'une réalisation identiques et ne différaient l'une de l'autre que par le fait que la fraise désignée A ci-dessous n'avait pas d'intervalle interne, tandis que la fraise désignée B ci-dessous avait des interval

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les internes réalisés d'une manière similaire à celle représentée sur la figure 4, les intervalles ayant des largeurs allant de 0,05 mm à

On peut facilement constater les avantages de la présente invention en considérant les résultats qui figurent dans le tableau.

Dans tous les cas, les trous percés avec la fraise B ont été sensiblement moins surdimensionnés et ont présenté une finition de

0,13 mm. Les deux fraises ont été entraînées en rotation à 2,5 tr/s pour percer des trous dans une barre en acier 1018 de 50,8 mm.

bonne qualité. Aux vitesses d'avance les plus élevées, la fraise B a nécessité une moindre puissance d'entraînement et une moindre poussée. La fraise A n'a pas été essayée pour une épaisseur de copeaux de 0,13 mm, car on a estimé qu'il était possible que la fraise 30 se casse sous une telle charge.

Fraise A

Epaisseur

Vitesse d'avance

Puissance

Poussée

Finition du trou

Finition du

Surdimension-

des copeaux

d'entraînement

cylindre de matière nement

(mm)

(mm/s)

(kW)

(kN)

(um)

du trou (mm)

0,05

1,52

2,68-2,98

2,54

4

0,12

0,07

2,28

3,58-3,87

3,36

13

0,23

0,10

3,05

5,96-6,71

5

13

0,25

Fraise B

Epaisseur

Vitesse d'avance

Puissance

Poussée

Finition du trou

Finition du

Surdimension-

des copeaux

d'entraînement

cylindre de matière nement

(mm)

(mm/s)

(kW)

(kN)

(um)

(|xm)

du trou (mm)

0,05

1,52

2,61-2,91

2,41

4

3

0,09

0,07

2,28

3,73-4,10

3,37

10

6

0,11

0,10

3,05

5,14-5,59

4,46

13

6

0,12

3,81

6,41-6,86

5,27

13

10

0,10

R

1 feuille dessins

Claims

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2

REVENDICATIONS

1. Fraise annulaire comprenant une paroi latérale cylindrique (14), cette paroi latérale comportant plusieurs dents (16) espacées eirconférentiellement autour de son extrémité inférieure et plusieurs cannelures hélicoïdales (18), situées autour de la face externe de sa périphérie et s'étendant vers le haut à partir de la zone située entre les dents contiguës, chaque dent présentant au moins une arête tranchante radiale (22,24, 26) et des canaux (28, 30) s'étendant radiale-ment vers l'extérieur à partir de la face interne de la périphérie de la paroi latérale (14) jusqu'auxdites cannelures (18), entre les dents successives (16), afin de faciliter l'évacuation, radialement vers l'extérieur et vers le haut dans les cannelures (18), de copeaux détachés par les arêtes tranchantes, chaque canal (28, 30) présentant une face arrière (27, 29) s'étendant radialement et vers le haut à partir de la région radialement interne de chaque arête tranchante, la face interne de la périphérie de chaque dent (16) étant dépouillée radialement vers l'extérieur afin de ménager un espace (42, 50) radial eirconférentiellement entre la face interne de la périphérie de la dent et le cylindre de matière central formé par la fraise dans la pièce à usiner, caractérisée en ce qué l'espace (42, 50) s'étend vers l'arrière à partir d'une ligne s'étendant sensiblement à la verticale et espacée vers l'arrière à partir de la ligne d'intersection (41) de la face interne de la périphérie et de la face arrière (27, 29) de chaque canal (28, 30) d'une distance qui n'est pas supérieure à 1,01 mm.
2. Fraise selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'espace (42, 50) forme un passage d'évacuation s'étendant de la face interne de la périphérie de chaque dent (16) dans une direction radiale et vers l'arrière, jusqu'au canal adjacent le plus proche (28, 30).
3. Fraise selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'espace (50) est délimité par une surface (46) sensiblement verticale qui s'incline radialement vers l'extérieur, à partir de la ligne s'étendant à la verticale, d'un angle au moins compris entre 3° et 1° sur la tangente à la face interne de la périphérie, au niveau de ladite ligne, jusqu'à un point où le jeu radial est d'au moins 0,13 mm et ne devient pas ensuite inférieur à 0,13 mm.
4. Fraise selon la revendication 3r caractérisée en ce qu'au niveau de certaines des dents (16) au moins, la ligne s'étendant verticalement est espacée vers l'arrière de la ligne d'intersection (41) de manière à former un intervalle (m) ayant une largeur d'au moins 0,05 mm.
5. Fraise selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'au niveau de certaines des dents (16) au moins, la ligne s'étendant verticalement est espacée vers l'arrière de la ligne d'intersection (41) de. manière à former un intervalle (m) ayant une largeur circonféren-tielle comprise entre 0,05 mm et 0,38 mm.
6. Fraise selon la revendication 3, caractérisée en ce que la surface est une surface plate (46) de sorte que la dimension radiale du passage (50) augmente progressivement vers l'arrière.
7. Fraise selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite ligne s'étendant verticalement est inclinée vers l'arrière par rapport à ladite ligne d'intersection (41) de sorte que l'intervalle (m) est plus large à son extrémité supérieure qu'à son extrémité inférieure.
8. Fraise selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit intervalle (m) s'étend en hauteur au moins sur la même distance que la ligne d'intersection (41).
9. Fraise selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque dent (16) présente plusieurs arêtes tranchantes (22, 24, 26) eirconférentiellement étagées, l'arête tranchante (22) radialement la plus à l'intérieur étant disposée vers l'avant dans le sens de rotation de la fraise (10) par rapport à l'arête tranchante (24) radialement adjacente et la plus proche.
10. Fraise selon la revendication 9, caractérisée en ce que la surface verticale (46) est plate et inclinée radialement et vers l'extérieur d'un angle d'environ 12° sur ladite tangente.