FR2549752A2 - Outil annulaire de coupe pour percer des trous dans des pieces a usiner - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN OUTIL ANNULAIRE DE COUPE POUR PERCER DES TROUS DANS DES PIECES A USINER. LEDIT OUTIL 10 PRESENTE UNE PAROI LATERALE ANNULAIRE 14 COMPORTANT DES DENTS DE COUPE 16 ESPACEES CIRCONFERENTIELLEMENT AUTOUR DE SON EXTREMITE INFERIEURE, LA FACE INTERNE DE LA PERIPHERIE DE CHAQUE DENT 16 ETANT DEPOUILLEE RADIALEMENT POUR MENAGER UN INTERVALLE ETROIT A LA FACE INTERNE DE CHAQUE DENT 16, DIRECTEMENT DERRIERE L'ARETE TRANCHANTE DE CETTE DERNIERE, ET SIMULTANEMENT POUR FORMER UN LARGE PASSAGE D'ECHAPPEMENT DESTINE AUX COPEAUX AINSI QU'UN PASSAGE ELARGI POUR UN FLUIDE DE REFROIDISSEMENT. APPLICATION, NOTAMMENT, A L'USINAGE PAR ENLEVEMENT DE COPEAUX.

Description

1. Le présent premier certificat d'addition se rapporte à un outil

annulaire de coupe pour percer des trous dans des

pièces à usiner, selon le brevet principal.

L'un des problèmes associés en commun à des outils 5 annulaires de coupe 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 10 et la face externe de la périphérie du lingot central produit par l'outil de coupe dans la pièce à usiner Ces copeaux s'accumulentet ils se soudent à la face interne de la périphérie de l'outil de coupe 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 ledit outil Il en résulte la génération d'une chaleur additionnelle et une usure excessive qui hâte la défaillance de l'outil de coupe par burinage et par rupture Cette accumu20 lation de copeaux autour de la face interne de la périphérie de l'outil de coupe produit également des charges radiale sur l'outil de coupe, d'o il résulte la formation de trous surdimensionnés avec une finition d'une faible qualité, et ce qui entraîne également des ruptures Il est, en conséquence, 25 évident que la durée de vie de l'outil de coupe 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 surchauf30 fe et de la rupture d'outils annulaires de coupe par suite de l'accumulation de copeaux autour de la face interne de

la périphérie de la zone de coupe des outils.

Plus spécialement, l'invention vise à proposer un outil

annulaire de coupe réalisé de telle sorte que la face interne 35 de la périphérie du corps de cet outilait un contact superficiel minimal avec le lingot central formé par ledit outil.

Un autre objet particulier de cette invention est de réaliser un passage de fluide de refroidissement, de volume important, en position directement adjacente aux dents de coupe. L'invention va àprésent 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'un outil de coupe selon la présente invention; la figure 2 est une vue fragmentaire en plan de l'extrémité inférieure de cet outil; 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 d'un outil de coupe selon la présente invention, et la figure 5 est une vue en élévation fragmentaire d'une dent de l'outil de coupe telle qu'elle est vue depuis la

périphérie interne de l'outil de coupe.

L'outil de coupe selon la présente invention porte globalement la référence numérique 10 et il 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 circon25 férentiellement 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 30 à une âme 20 Dans une forme de réalisation de l'outil de coupe selon l'invention, chaque dent 16 se compose de trois arêtes tranchantes étagées radialement et circonférentiellement, 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 tran5 chante 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 épaulement circonférentiel 32 et les arêtes tranchantes 24 et 26 sont reliées par un épaulement circonférentiel 34 Comme représenté sur la figure 2, chaque épaulement 32, 34 est formé par un congé au niveau o il se raccorde à l'arête tranchante contiguë Ces trois arêtes tranchantes 15 sont étagées verticalement ou axialement du fait que chaque dent est formée par une paire de faces biseautées 36 et 38 qui s'étendent circonférentiellement vers l'arrière à partir desdites arêtes tranchantes, dans une direction inclinée vers le haut, par exemple d'un angle d'environ 8 à 15 En outre, 20 la face biseautée 36 est inclinée radialement vers l'intérieur et axialement vers le haut, l-a 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 d'environ 5 à 35 , et de préférence

entre environ 5 et 10 .

Les arêtes tranchantes 22,24 et 26 sont étagées verticalement et/ou circonférentiellement 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 35 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 dirigée 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, désignée 41, entre la face interne 10 de la périphérie de l'outil de coupe et la face arrière 27 du canal 28, pour former un jeu ou espace 42, et de façon à ménager au plus un intervalle étroit m s'étendant circonférentiellement vers l'arrière et vers le haut à partir de l'arête tranchante interne 22 de chaque dent Dans le mode 15 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 chaque dent, au moyen d'un outil cylindrique de coupe ou d'une meule 43, la partie dépouillée étant définie par un segment d'un arc cir20 conférentiel 44 La face interne de la périphérie de l'outil de coupe 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 25 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 prédéterminé Dans ce cas, l'espace

est d'une largeur progressivement croissante vers l'arrière.

La largeur maximale de l'intervalle m ne doit pas dépasser environ 1,01 mm, et doit de préférence être comprise dans une plage allant d'environ 0, 05 à 0,38 mm Un intervalle étroit est souhaitable, car il donne une stabilité radiale à l'outil de coupe et tend à empêcher la taille de trous surdimensionnés Cependant, il n'est pas essentiel de former 35 un intervalle sur chaque dent Si la face interne de la périphérie de l'outil de coupe est dépouillée directement jusqu'à la ligne d'intersection entre la face interne de la périphérie de l'outil de coupe 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 vertica5 iement Ceci réduit à une valeur minimale la friction entre la face interne de la périphérie de l'outil de coupe et le lingot central formé par l'outil de coupe Cependant, lorsque les outils de coupe sont fabriqués de manière industrielle, il est difficile de dépouiller chaque arête tranchante sur chaque outil de coupe, afin de former de telles arêtes tranchantes verticales, de sorte que toutes soient espacées exactenient de l a même distance radiale du centre axial de l'outil de coupe que les intervalles circulaires meulés m En conséquence, il est plus pratique et certainement souhaitable de dépouiller l'outil de coupe 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 20 progressivement croissante vers le haut Ceci assure la présence d'au moins un intervalle étroit lorsque l'outil de coupe est initialement fabriqué, et également après qu'il ait été aiguisé de manière répétitive par meulage des deux faces biseautées et également des faces du canal 27 Ainsi, 25 comme représenté sur la figure 5, l'intervalle m peut être meulé de sorte qu'initialement il présente une largeur, à son extrémité inférieure, d'environ 0,05 mm à 0,13 mm, et d'environ 0,38 mm à son extrémité supérieure L'étendue verticale des intervalles m est de préférence légèrement supérieure 30 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 extrémité supérieures des canaux 28.

Comme souligné ci-dessus, l'une des difficultés soulevées par l'utilisation d'outils annulaires de coupe du type 35 général décrit dans le présent mémoire 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 lingot central formé par l'outil annulaire.

La présence d'un intervalle étroit m au plus, en combinaison avec l'espace formant un passage au niveau du côté interne de chaque dent, élimine notablement cette difficulté Si un copeau reste collé entre la face interne de la périphérie de l'outil et le lingot central, 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 une diminution 10 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 canelure contiguë. De l'explication qui précède, il découle que les passa15 ges d'évacuation 42, 50 doivent avoir une dimension radiale

suffisante pour recevoir tout copeau qui entre dans l'espace.

Normalement, les outils de coupe sont conçus pour être utilisés à une vitesse d'avance qui produit une charge en copeaux (épaisseur de copeaux) allant jusqu'à environ 0,13 mm En conséquence, le passage d'évacuation doit avoir une dimension radiale ayant au moins cette valeur, à l'endroit o il se raccorde 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 25 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 délimité par une surface qui est inclinée radialement vers l'extérieur d'un angle d'environ au moins 3 , et de préférence d'au moins 7 , sur la 30 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 l'intervalle ou de l'arête tranchante latérale pour assurer une évacuation 35 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 configu-

ration de l'outil de coupe qui est représentée sur la figure 4 Lorsque l'espace de dégagement ou de jeu est réalisé comme un passage de forme cintrée ayant une largeur maximale en position intermédiaire entre ses extrémités opposées, il est impératif que l'extrémité d'évacuation du passage ait une

largeur d'au moins environ 0,13 mm.

Lorsque l'outil de coupe est alimenté en fluide de refroidissement dirigé vers le haut au travers d'un passage central 54 dans la tige de l'outil de coupe, il est clair que le passage ou 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 jeu ou de dégagement n'étaient pas formés Bien que des espaces de jeu 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 par 20 construction qu'une faible résistance.

Afin de démontrer par des exemples les résultats améliorés obtenus avec des outils de coupe selon la présente invention, deux outils de coupe ont été soumis à des essais dans les mêmes conditions, et les résultats obtenus sont présentés dans le tableau figurant ci-après Les deux outils de coupe avaient un diamètre externe de 47,625 mm et étaient du type général représenté sur la figure 1 Les outils de coupe étaient de dimensions et d'une réalisation identiques et ne différaient l'un de l'autre que par le fait que l'outil 30 de coupe désigné A ci-dessous n'avait pas d'intervalle interne, tandis que l'outil de coupe désigné B ci-dessous avait des intervalles internes réalisés d'une manière similaire à celle représentée sur la figure 4, les intervalles ayant des largeurs allant d'environ 0,05 mm à 0,13 mm Les 35 deux outils de coupe ont été entraînés en rotation à 2,5 t/s pour percer des trous dans une barre en acier 1018

de 50,8 mm.

OUTIL DE COUPE A

Epaisseur des copeaux (mm) Vitesse d'avance (mm/s)

1,52 2,28 3,05

Puissance d'entrainement (k W) Poussée Finition du (k N) trou (micromètre)

0,05 0,07

0,10 Finition du lingot (micromètre)

4 13 13

Surdimensionnement du trou (mm)

0,12 0,23 0,25

2,68-2,98 3,58-3,87 5,96-6,71

2,54 3,36

4 13 13

OUTIL DE COUPE B

Epaisseur des copeaux (mm) 0,05

0,07 0,10 0,12

Vitesse d'avance (mm/s) 1,52 2,28 3,05 3,81 Puissance d'entraînement (k W) Poussée Finition du (k N) trou (micromètre)

2,61-2,91 3,73-4,10 5,14-5,59 6,41-6,86

2,41 3,37 4,46 5,27

13 13

Finition du lingot (micromètre 3 6 6 Surdimensionnement du trou (mm)

0,09 0,11

0,10 r V 0-n Ln 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 l'outil B ont été sensiblement moins surdimensionnés et ont présenté une finition de bonne qualité Aux vitesses d'avance les plus élevées, l'outil B a nécessité une moindre puissance d'entraînement et une moindre poussée L'outil A n'a pas été essayé pour une épaisseur de copeaux de 0,13 mm, car on a estimé qu'il était possible que l'outil se casse sous

une telle charge.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux outils décrits et représentés, sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 Outil annulaire de coupe ( 10) selon la revendication 1 du brevet principal, caractérisé en ce que ledit espace ou jeu ( 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 ladite 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 environ 1,01 mm.

2 Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit 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 Outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit espace ( 50) est délimité par une surface ( 46) sensiblement verticale qui s'incline radialement vers l'extérieur, à partir de ladite ligne s'étendant à la verticale, d'un angle au moins compris entre environ 3 et 7 20 sur la tangente à ladite face interne de la périphérie, au niveau de ladite ligne, jusqu'à un point o le jeu radial est au moins d'environ 0,13 mm et ne devient pas ensuite

inférieur à environ 0,13 mm.

4 Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au niveau de certaines des dents ( 16) au moins, ladite ligne s'étendant verticalement est espacée vers l'arrière

de ladite ligne d'intersection ( 41) de manière à former un intervalle (m) ayant une largeur d'au moins 0,05 mm.

Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au niveau de certaines des dents ( 16) au moins, ladite ligne s'étendant verticalement est espacée vers l'arrière de ladite ligne d'intersection ( 41) de manière à former

un intervalle (m) ayant une largeur circonférentielle comprise entre environ 0,05 mm et environ 0,38 mm.

6 Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite surface est une surface sensiblement plate ( 46) de sorte que la dimension radiale dudit passage ( 50)

augmente progressivement vers l'arrière.

7 Outil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite ligne s'étendant verticalement est légèrement inclinée vers l'arrière par rapport à ladite ligne d'inter5 section ( 41) de sorte que ledit intervalle (m) est plus

large à son extrémité supérieure qu'à son extrémité inférieure.

8 Outil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit intervalle (m) s'étend en hauteur au moins

sur la même distance que ladite ligne d'intersection ( 41).

9 Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque dent ( 16) présente plusieurs arêtes tranchantes ( 22,24,26) circonférentiellement étagées, l'arête tranchante ( 22) radialement la plus à l'intérieur étant disposée 15 vers l'avant dans le sens de rotation de l'outil ( 10) par rapport à l'arête tranchante ( 24) radialement adjacente

et la plus proche.

Outil selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite surface verticale ( 46) est plate et inclinée 20 radialement et vers l'extérieur d'un angle d'environ 12

sur ladite tangente.

11 Outil selon la revendication 3, caractérisé en

ce que ledit corps est traversé par un passage ( 54) s'étendant axialement et destiné à un fluide de refroidissement.