FR2494611A3

FR2494611A3 - Countersinking drill bit for use on glass reinforced plastics etc. - has sharpenable cutting edges formed on demountable polycrystalline plate

Info

Publication number: FR2494611A3
Application number: FR8024723A
Authority: FR
Inventors: Lucien Bouzounie
Original assignee: Recoules SAS
Current assignee: Apex Tool Group SAS
Priority date: 1980-11-21
Filing date: 1980-11-21
Publication date: 1982-05-28
Also published as: FR2494611B3

Abstract

The cutting tool may be a piloted (15) countersinking drill bit (10) and may be used in the machining of composite materials for aircraft construction e.g. resins reinforced with glass or carbon fibres. Its cutting edges (13a) are formed by demountable plates (13) of a polycrystalline structure capable of being sharpened. The plates may be made of polycrystalline diamond or cubic boron nitride. The tool may have two diametrically opposed radial cutting edges each integrated with the body (17).

Description

L'invention concerne un outil de coupe, du genre fraise à pilote pour ltélaboration de chambrages de têtes de vis ou de rivets, à parois droites ou inclinées. The invention relates to a cutting tool, of the pilot milling cutter type for the preparation of recesses in screw heads or rivets, with straight or inclined walls.

L'invention concerne plus spécialement une fraise à pilote pour matériaux composites. The invention relates more specifically to a pilot cutter for composite materials.

Il convient, avant d'aborder les dispositions de l'invention, de rappeler les difficultés rencontrées à l'occasion de l'élaboration de chambrages dans des matériaux composites. Ces difficultés particulières se rencontrent surtout pour de tels matériaux. Before approaching the provisions of the invention, it is necessary to recall the difficulties encountered during the preparation of recesses in composite materials. These particular difficulties are encountered especially for such materials.

On entend, par matériaux composites, par exemple des plaques ou des panneaux constitués de résine et de fibres de verre, ou encore en fibres de carbone. By composite materials is meant, for example, plates or panels made of resin and glass fibers, or also of carbon fibers.

Jusqu'à ces dernières années on utilisait, notamment dans l'industrie aéronautique, principalement l'aluminium et ses alliages sous forme de tôles ou de profilés. Ces pièces sont assemblées entre elles par vissage ou rivetage selon une technique connue et éprouvée. Cette technique d'assemblage impliquait le perçage de trous dans les telles, panneaux ou profilés à assembler et ces trous étaient fraisés de manière à présenter un logement propre à recevoir de façon non dépassante une tête de vis ou une tête de rivet. On a donc créé pour ce travail une première génération d'outils coupants, du genre fraise, possédant jusqu'à neuf arêtes de coupe. Until recent years, mainly in the aeronautical industry, aluminum and its alloys have been used in the form of sheets or profiles. These parts are assembled together by screwing or riveting according to a known and proven technique. This assembly technique involved the drilling of holes in such, panels or profiles to be assembled and these holes were milled so as to present a housing suitable for receiving in a non-protruding manner a screw head or a rivet head. We therefore created for this work a first generation of cutting tools, of the milling cutter type, having up to nine cutting edges.

Ces fraises, bien adaptées aux métaux à oeuvrer, étaient réalisées le plus souvent en acier rapide ou encore en carbure.These cutters, well suited to the metals to be worked, were most often made of high-speed steel or even carbide.

On a vu ensuite apparaftre de nouveaux matériaux non métalliques, possédant de nouvelles caractéristiques mécaniques plus performantes, et on assiste à une généralisation de leur emploi, aussi bien dans l'aviation que dans l'automobile. Ces nouveaux matériaux sont toujours assemblés avec des rivets ou des vis, mais ils se révèlent beaucoup plus difficiles à usiner en raison de leur texture le plus souvent dure et abrasive. We then saw the appearance of new non-metallic materials, having new mechanical characteristics more efficient, and we are witnessing a generalization of their use, both in aviation and in the automobile. These new materials are still assembled with rivets or screws, but they prove to be much more difficult to machine due to their often hard and abrasive texture.

Les outils de coupe ont, par contre peu évolué, si bien que leur durée de travail utile s'est vue réduite considérablement pour les matériaux composites. Ainsi, une fraise au carbure, dans un matériau composite à fibres de carbone, ne peut effectuer qu'une cinquantaine de chambrages, après quoi son pouvoir coupant est très diminué, la coupe dans le matériau composite présente un très mauvais état de surface, ce qui, bien entendu, est systématiquement refusé dans l'industrie aéronautique pour des questions de sécurité. Les outils doivent être en conséquence fréquemment réaffûtés, ce qui constitue une sujétion qui pèse sur le rendeir#ent et leS colts de production. Cutting tools, on the other hand, have changed little, so that their useful working life has been reduced considerably for composite materials. Thus, a carbide milling cutter in a carbon fiber composite material can only make around fifty recesses, after which its cutting power is very reduced, the cutting in the composite material has a very poor surface condition, this which, of course, is systematically refused in the aeronautical industry for safety reasons. The tools must therefore be frequently resharpened, which constitutes a constraint which weighs on the rendeir # ent and the production costs.

On a tenté d'améliorer les performances des fraises coupantes en les réalisant dans d'autres alliages tels que par semple en acier rapide au cobalt, le gain de temps de coupe est très faible et ne justifie pas l'augmentation du colt de telles fraises
Devant ces difficultés, on a créé une seconde génération d'outils du genre fraise abrasive à grains diamants déposés par voie électrolytique sur un support. Ces outils de grande dureté perdent cependant assez rapidement leur efficacité par encrassement, colmatage et bien entendu, ne sont pas réaffîtables
De plus, ces fraises à grains diarnants ne permettent pas d'obtenir un état de surface acceptable, ce qui oblige à une reprise de finition à l'aide d'un outil coupant de la première génération. Attempts have been made to improve the performance of cutting burs by making them in other alloys such as for example in cobalt high-speed steel, the saving in cutting time is very low and does not justify the increase in the colt of such burs.
Faced with these difficulties, we created a second generation of tools of the abrasive cutter type with diamond grains deposited electrolytically on a support. These very hard tools, however, lose their effectiveness fairly quickly by fouling, clogging and of course, cannot be removed.
In addition, these diamond grain milling cutters do not allow an acceptable surface finish to be obtained, which means that the finishing process must be resumed using a cutting tool of the first generation.

On ressent done vivement le besoin d'une nouvelle génération d'outils coupants, du genre fraise à tranchants de coupe, qui soit exempte des inconvénients précités, qui assure une grande longévité d'usage entre deux affûtages, en particulier dans l'usinage des matériaux composites, et qui assure une qualité dtusinage qui réponde notamment aux critères retenus en aéronautique. la présente invention satisfait à ce besoin. There is therefore a strong need for a new generation of cutting tools, of the cutter-cutter type, which is free from the abovementioned drawbacks, which ensures a long service life between two sharpenings, in particular in the machining of composite materials, and which ensures a quality of machining which meets in particular the criteria retained in aeronautics. the present invention satisfies this need.

L'invention concerne à cet effet un outil de coupe, notamment une fraise à pilote, en particulier pour l'usinage de chambrages dans des matériaux composites, caractérisé en ce que les arêtes de coupe sont formées de plaquettes rapportées, à structure polycristalline affitable. To this end, the invention relates to a cutting tool, in particular a pilot milling cutter, in particular for machining recesses in composite materials, characterized in that the cutting edges are formed from inserts, with affitable polycrystalline structure.

Les outils de coupe équipés de telles plaquettes se sont révélés de manière inattendue posséder l'aptitude d'usiner les matériaux composites avec précision et rapidité, et avec une durée de coupe surprenante entre deux afffltages ; ainsi, une fraise de 14 mm de diamètre a usiné trois mille chambrages contre cinquante pour une fraise au carbure. Cutting tools equipped with such inserts have unexpectedly been found to have the ability to machine composite materials with precision and speed, and with a surprising cutting time between two cuts; thus, a 14 mm diameter cutter machined three thousand recesses against fifty for a carbide cutter.

Suivant une disposition de l'invention, les arêtes de coupe sont formées de plaquettes en diamant polycristallin. According to an arrangement of the invention, the cutting edges are formed from polycrystalline diamond plates.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description détaillée d'un mode d'exécution de l'invention donné ici à titre d'exemple et illustré dans les dessins joints dans lesquels
La figure 1 est une vue en perspective montrant la face frontale d'une des arêtes de coupe de l'outil.Other characteristics and advantages will emerge from the detailed description of an embodiment of the invention given here by way of example and illustrated in the accompanying drawings in which
Figure 1 is a perspective view showing the front face of one of the cutting edges of the tool.

La figure 2 est une vue en perspective montrant le profil de la blême arête de coupe. Figure 2 is a perspective view showing the profile of the wan cutting edge.

La figure 3 est une vue de dessus du front de coupe de l'outil. Figure 3 is a top view of the cutting front of the tool.

Dans les dessins annexés, une fraise suivant l'invention est désignée par la référence générale 10. Cette fraise est du genre à arête coupante, spécialement conçue pour l'usinage de chambrages dans des matériaux composites. La fraise se compose d'une queue d'entratnement filetée 11, pouvant être raccordée de manière en soi connue å une broche d'entratnement. La queue Il est surmontée d'un corps cylindrique 12, qui sert de support à des plaquettes de coupe 13, dont l'arête I3a fait un angle avec l'axe de rotation 14 de la fraise. Il va de soi que la valeur de cet angle peut varier en fonction de la forme du chambrage à réaliser. In the accompanying drawings, a milling cutter according to the invention is designated by the general reference 10. This milling cutter is of the cutting edge type, specially designed for machining recesses in composite materials. The cutter consists of a threaded drive tail 11, which can be connected in a known manner to a drive spindle. The tail It is surmounted by a cylindrical body 12, which serves as a support for cutting inserts 13, the edge I3a of which forms an angle with the axis of rotation 14 of the cutter. It goes without saying that the value of this angle can vary depending on the shape of the recess to be produced.

Le corps de fraise 12 est surmonté d'un pilote 15, c'est-à-dire d'une broche de guidage lisse, destinée à être introduite dans un orifice de même diamètre, comme par exemple l'orifice destiné à recevoir dans un assemblage une vis ou un rivet, de manière telle que la fraise ainsi guidées on puisse réaliser un chambrage circulaire parfaitement concentrique à l'orifice destiné au corps de vis ou de rivet. The cutter body 12 is surmounted by a pilot 15, that is to say a smooth guide pin, intended to be introduced into an orifice of the same diameter, such as for example the orifice intended to receive in a assembly of a screw or a rivet, in such a way that the milling cutter thus guided, it is possible to produce a circular recess perfectly concentric with the orifice intended for the body of the screw or rivet.

Dans la fraise selon l'invention, le pilote 15 est fixé de façon
amovible au corps de fraise, et à cet effet, comporte une queue 16, venant
prendre place dans un logement axial du corps de fraise.In the cutter according to the invention, the pilot 15 is fixed so
removable from the cutter body, and for this purpose comprises a shank 16, coming
take place in an axial housing of the cutter body.

Dans l'exemple d'exécution représenté, la hase du pilote 15
vient en faible débord sur les plaquettes de coupe 13, ce grâce à quoi les
arêtes d'extrémités de ces plaquettes dirigées vers l'axe de la fraise, se
trouvent protégées dans une zone sensible aux chocs.In the example of execution shown, the pilot's hase 15
comes slightly overhang on the cutting inserts 13, whereby the
edges of the ends of these inserts directed towards the axis of the cutter,
are protected in an impact sensitive area.

Suivant un mode d'exécution préféré, les plaquettes de coupe
sont réalisées en diamant polycristallin. Des plaquettes sont préférablement en forme de secteur de cercle comrne il est montré à la figure 1, de manière à
s'insérer dans des logements de forme correspondante, ménagée dans le
front 17a des masses de support 17 du corps de fraise. Les plaquettes en
diamant polycristallin sont fixées dans les logements du corps de fraise,
de préférence par soudo-brasage à basse température.According to a preferred embodiment, the cutting inserts
are made of polycrystalline diamond. Platelets are preferably in the form of a circle sector as shown in FIG. 1, so that
fit into housing of corresponding shape, arranged in the
front 17a of the support masses 17 of the cutter body. Platelets in
polycrystalline diamond are fixed in the housings of the cutter body,
preferably by soldering at low temperature.

Les propriétés exceptionnelles de tranchant et de résistance
à l'abrasion de telles plaquettes, permettent de concevoir des fraises
possédant seulement deux tranchants de coupe, comme dans l'exemple
représenté, ce qui permet d'une part une économie de matière, mais
aussi une réduction du temps de réaffûtage lorsqu'su s'avère nécessaire.The exceptional cutting edge and resistance properties
abrasion of such wafers, allow to design strawberries
having only two cutting edges, as in the example
represented, which allows on the one hand a saving of matter, but
also a reduction in resharpening time when necessary.

Les plaquettes 13 sont donc intégrées dans chaque masse support 17,
lesquelles ont détalonnées de manière classique en aval de chaque arête de
coupe.The plates 13 are therefore integrated into each support mass 17,
which have bent in a conventional manner downstream of each edge of
chopped off.

Les masses de support 17 s'étendent chacune sur un secteur
angulaire compris entre environ 90 et 1100, de manière à ménager entre
chaque secteur et chaque arête de coupe, un logement profond 18, à l'intérieur
duquel, pendant la coupe, peut s'accumuler sans risque de bourrage, la
matière enlevée par les plaquettes de coupe 13.The support masses 17 each extend over a sector
angular between approximately 90 and 1100, so as to leave between
each sector and each cutting edge, a deep housing 18, inside
which, during cutting, can accumulate without risk of jamming, the
material removed by cutting inserts 13.

On a obtenu également de bons résultats de coupe avec des
plaquettes à structure polycristalline, notamment en nitrure de bore cubique.Good cutting results were also obtained with
polycrystalline structure wafers, in particular cubic boron nitride.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples d'exécution
ci-dessus décrits et représentés, et pour lesquels on pourra prévoir d'autres
variantes sans pour cela sortir du cadre des revendications annexées. Of course the invention is not limited to the examples of execution
described and represented above, and for which other
variants without departing from the scope of the appended claims.

Claims

1) Cutting tool (10), in particular pilot cutter (15), in particular for machining recesses in composite materials, characterized in that the cutting edges (13a) are formed from inserts 3), with structure polishable polycrystalline.

2) Cutting tool according to claim 1, characterized in that the cutting edges (13a) are formed from polycrystalline diamond plates.

3) Cutting tool according to claim 1, characterized in that the cutting edges (13a) are formed of cubic boron nitride.

4) Cutting tool according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it preferably has two radial cutting edges (13a), set at 180 #, each integrated into a support mass (read).