FR2550271A1 - Trepan comportant des organes de coupe dont les faces decrivent des surfaces concaves - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION EST DU DOMAINE DES TREPANS DE FORAGE. ELLE VISE PLUS PRECISEMENT UN TREPAN DE FORAGE COMPORTANT UN CORPS DE TREPAN 10 PRESENTANT UNE FACE D'EXTREMITE OPERANTE 14, ET UNE PLURALITE D'ORGANES DE COUPE 18 AUTO-AIGUISANTS MONTES SUR CE CORPS DE TREPAN 10 ET SE PROLONGEANT A TRAVERS LA FACE D'EXTREMITE OPERANTE 14. CES ORGANES DE COUPE 18 PRESENTENT DES FACES DE COUPE ADAPTEES A VENIR AU CONTACT D'UN TERRAIN POUR LE FORER SELON UN PROFIL TRIDIMENSIONNEL DESIRE, LES FACES DE COUPE DEFINISSANT DES SURFACES PRESENTANT DES ANGLES DE DEGAGEMENT ARRIERE QUI DECROISSENT AVEC LA DISTANCE A PARTIR DU PROFIL.
Description
L'invention est du domaine des trépans du type à tirage, et elle vise plus
précisément un trépan à tirage dans lequel une pluralité d'organes de coupe sont montés dans un corps de trépan De tels organes de coupe sont constitués avec une 5 face de coupe se terminant par un bord de coupe relativement affuté pour s'engager dans le terrain à forer En utilisation, les organes de coupe s'usent Si les organes de coupe sont constitués d'un matériau unique ou uniforme, une telle usure se produirait selon un schéma qui tendrait à remplacer le bord affut 4 d'origine par une surface plate relativement large
en contact avec le terrain sur pratiquement toute sa surface.
De telles zones plates sont extrêmement indésirables du faitqu'elles accroissent les forces de frottement, ce qui accroît par la suite la chaleur produite et les nécessités de couple 15 et de puissance.
En conséquence, la plupart de ces organes de coupe comportent un corps de montage formé d'un matériau et portant une couche d'un matériau sensiblement plus dur qui définit la face de coupe De façon classique, le corps de montage 20 est constitué d'un carbure de tungstène cémenté, alors que la couche définissant la face de coupe est constituée de diamant polycristallin ou d'un autre matériau super-dur Une telle utilisation de couches de matériaux différents rend l'organe de coupe "auto-affutant" dans le sens que, en utili25 sation, l'organe résistera a l'émoussage en tendant à renouveler son bord de coupe Le matériau en carbure de tungstène tendra à s'user plus facilement que le matériau polycristallin en diamant Ceci provoque le développement d'un petit jeu à la jonction des ieux matériaux de sorte que le terrain con30 tinue à être en contact et n'est découpé pratiquement que par le bord de la couche de diamant, le substrat en carbure de tungstène présentant peu ou pas de contacts de pression élevée avec le terrain Du fait que la couche de diamant est
relativement faible, le bord ainsi maintenu est affuté.
On a découvert que l'efficacité de ces organes de coupe et du trépan dans lequel ils sont employés peut être améliorée en disposant de façon appropriée les organes de coupe, et plus particulièrement, leur facesde coupe par rapport au
corps du trépan, et ainsi par rapport au terrain à forer.
Les faces de coupe sont planaires de façon classique (bien que les faces de coupe convexes vers l'extérieur soient connues) Les organes de coupe peuvent être montés sur le trépan de sorte que ces faces de coupe planaires présentent un certain degré de dégagement latéral et/ou de dégagement arrière Un trépan donné est conçu pour couper le terrain selon un "profil" tridimensionnel désiré qui est généralement
parallèle à la configuration de l'extrémité opérante du trépan.
Le "dégagement latéral" peut être défini techniquement comme le complément 1) de l'angle entre une face de coupe donnée et 2) un Vecteur dans la direction d'avancement de la face de coupe en utilisation, l'angle étant mesuré dans un plan
tangent au profil du terrain au point adjacent le plus proche.
En pratique, une face de coupe présente un certain degré de dégagement latéral si elle n'est pas alignée selon une direction strictement radiale par rapport à la face d'extrémité du trépan considéré comme un ensemble, mais plutôt, présente 20 deux composantes radiale et tangentielle de directio D Le "dégagement arrière" peut être techniquement défini comme l'angle entre 1) la face de découpe et 2) la normale au profil du terrain au point adjacent le plus près, mesuré dans un plan renfermant la direction de mouvement de l'organe de coupe, 25 par exemple un plan perpendiculaire à la fois à la face de coupe et à la partie adjacente du profil du terrain (en se donnant un angle de dégagement latéral de O ") Si la normale susmentionnée tombe à l'intérieur de l'organe de coupe, le dégagement arrière est alors négatif; si la normale tombe 30 à l'extérieur de l'organe de coupe, le dégagement arrière est positif En pratique, le dégagement arrière peut être considéré comme une inclinaison de la face de coupe par
rapport à la partie adjacente du profil du terrain, c'està-dire le "profil du lieu", le dégagement étant négatif si 35 le bord de coupeest le bord arrière de la face de découpe.etant.
tout entière en utilisation,et positif si le bord de coupe
est le bord avant.
Des angles de dégagement arrière sensiblement positifs ont été rarement, sinon jamais, utilisés Ainsi, dans la terminologie technique, un angle de dégagement arrière négatif est souvent désigné comme relativement "grand" ou "petit" dans le sens de sa valeur absolue Par exemple, un angle de dégagement arrière de -20 sera considéré plus important qu'un angle de dégagement arrière O, et un angle de dégagement arrière de -30 sera considéré encore plus important. 0 Une sélection appropriée de l'angle de dégagement arrière est particulièrement importante pour adapter le trépan et ses organes de coupe pour un forage plus efficace dans un type donné de terrain Dans des terrains mous, des forces de coupe relativement faibles peuvent être utilisées de sorte 15 que les problèmes d'endommagement des organes de coupe sont minimisés Il devient ainsi possible, et évidemment,référare atl vemet ble, d'utiliser un angle de dégagement arrière/petit, c'està-dire un angle de dégagement négatif très faible, un angle de dégagement zéro, ou même un angle de dégagement positif 20 faible, puisque de tels angles permettent un forage rapide et optimisent l'énergie spécifique Toutefois, dans la roche dure, il est nécessaire d'utiliser un angle de dégagement relativement grand, c'est-à- dire un angle de dégagement négatif significatif, afin d'éviter une usure excessive sous la forme de ruptures ou d'écaillements des organes de coupe du fait des forces de coupe plus élévées qui deviennent nécessaires. Des problèmes apparaissent dans le forage à travers des formations stratifiées,dans lesquelles les différentes 30 strates varient en dureté ainsi que dans des forages à travers les terrains qui, bien que pratiquement constitués de matériaux relativement mous, renferment des "veines" de roche dure Dans le passé, une des approches les plus préservatrices à ce problème consistait à utiliser un angle de 35 dégagement arrière sensiblement négatif, par exemple de -20 , pour toute l'opération de forage Ceci tendait à assurer que, si ou lorsque de la roche dure était rencontrée, il était possible de forer sans dommage pour les organes de coupe Toutefois, cette approche ne donne pas satisfaction, notamment si l'on sait qu'une partie importante, et de façon spécifique la partie la plus haute, du terrain à forer est molle, du fait que l'angle de dégagement arrière négatif limite de façon excessive la vitesse de forage dans le terrain mou. Une autre approche, applicable lorsque le terrain est stratifié, consiste à utiliser un trépan dont les organes 10 de coupe présentent des angles de dégagement arrière plus petits que zéro pour forer à travers la formation molle et ensuite à changer de trépan et de forer à travers le terrain dur avec un trépan dont les organes de coupe présentent des angles de dégagement arrière plus importants, par exemple -20 ou plus Cette approche ne donne pas satisfactionen raison du temps et de la dépense nécessaires pour une "manoeuvre"
spéciale de la tige de forage pour changer les trépans.
Si on suppose un terrain uniformément mou, une approche quelque peu audacieuse consiste à utiliser un angle 20 de dégagement arrière relativement petit afin d'optimiser
la vitesse de pénétration Toutefois, si l'on rencontre une veine dure, des ennuis catastrophiques peuvent se produire.
Par exemple, un écaillement grave de seulement un organe de coupe simple accroit la charge sur les organes de coupe voi25 sins et réduit leur durée de vie, ce qui se traduit par une "mise hors service" prématurée, c'est-à-dire une condition
dans laquelle le trépan est effectivement inopérant.
Un autre problème commun est la rupture du corps de
montage vers l'intérieur de la face de coupe, due à des forces 30 de fonctionnement élevées.
Dans un trépan selon la présente invention, les faces de coupe des organes de coupe définissent des surfaces présentant des angles de dégagement arrière qui deviennent plus négatifs à mesure dës l'accroissement de la distance à partir 35 du profil de terrain La terminologie "plus négative" ne signifie pas que l'angle de dégagement arrière le plus proche
du profil est négatif Evidemment, un des avantages de l'in-
vention reside dans le faitqu'elle rend l'utilisation d'angles
zéro ou légèrement positifs plus facile à mettre en oeuvre.
Ainsi cette expression est simplement destinée à signifier que les valeurs des angles varient dans la direction négative (à une distance du profil) que l'on commence par une valeur
positive, zéro ou négative.
Cette technique peut être réalisée par au moins deux schémas de base Selon un de ces schémas, il existe au moins deux séries d'organes de coupe, une série présentant ses 10 faces de coupe disposées plus près de la face d'extrémité opérante du'corps de trépan que les faces de coupe de l'Autre série Les angles de dégagement arr Jère des faces de coupe de l'une ou de la série la plus interne sont plus négatifs que les angles de dégagement arrière des faces de découpe de l'autre ou de la série la plus externe Lorsque le trépan commence à fonctionner, seulement la série la plus externe d'organes de coupe, présentant des angles de dégagement arrière les moins négatifs, sera en contact et forera le terrain Ainsi, le trépan sera apte à progresser rapidement 20 à travers la formation molle qui est de façon classique la plus haute Si l'on rencontre une veine dure, ou si le trépan atteint la fin d'une couche molle et commence à pénétrer dans une couche dure, la série la plus extérieure d'organes de coupe s'écaillera ou se cassera rapidement de sorte que la série la plus interne, présentant les angles de dégagement les plus négatifs, viendra au contact du terrain et commencera à forer Cette autre série d'organes de coupe, présentant des angles de dégagement relativement importants, sera apte & forer la roche dure sans usure ni dommages excessifs 30 Si, par la suite, on rencontre à nouveau du terrain moue la seconde série d'organes de coupe pourra continuer encore à forer de façon acceptable, bien qu'à une vitesse plus
faible que la première série.
Un second schéma de base pour obtenir les angles de 3 5 dégagement variable susmentionnés est de former la face de coupe de chaque organe de coupe individuel de façon qu'elle définisse un certain nombre d'angles de dégagement arrière différents à partir de son bord le plus extérieur ou le plus intérieur Par exemple, la face de coupe peut définir une surface concave incurvée, ou une succession de surfaces planaires ou platesdéfinissant de façon approximative une telle courbe Ce schéma fournit essentiellement tous les avantages du premier schéma décrit cidessus et, en outre, procure plus facilement un plus grand nombre d'angles de dégagement arrière potentiels Le système est auto-régulant dans le sens que, si l'on rencontre de la roche dure, les 10 organes de coupe s'useront plus rapidement seulement à l'endroit o ils présentent un angle de dégagement artière suffisamment négatif pour forer de façon efficace le terrain en question En cet endroit, l'écaillement ou l'usure rapide cessera et les organes de coupe continueront à forer le 15 terrain pratiquement comme si leurs angles de dégagement avaient été conçus à l'origine pour le type particulier de
roches rencontré.
L'utilisation de ces faces de coupe concaves sur les organes de coupe individuels présente un certain nombre d'autres avantages, qui peuvent être en outre augmentés par les caractéristiques de configuration complémentaire du corps de trépan Par exemple, la forme des faces de coupe peut améliorer les écoulements hydrauliques à travers la face d'extrémité opérante du trépan et peut aussi avoir un effet 25 "anti- écaillement" Le corps de traitement lui-même peut être conçu pour coopérer encore à l'amélioration des écoulements hydrauliques ainsi que pour fournir un support maximal pour l'organe de coupe adjacent à et opposé à sa face de coupe. Un autre avantage, particulièrement dans les formes de réalisation de l'invention utilisant des faces de coupe concaves sur les organes de coupe individuels, réside dans le fait qu'en cas d'usure brutale, l'angle de dégagement arrière extrêmement négatif qui viendra au contact du terrain 35 arrêtera de façon efficace la pénétration du trépan dans le temps pour éviter la formation de rebut par destruction massive
du trépan.
On peut facilement se rendre compte que la présente invention peut prolonger dans une très large mesure la durée de vie d'un trépan, ou si cet accroissement de durée de vie (ou une fiabilité améliorée) n'est pas requise, le prix de 5 revient en fabrication peut être réduit en montant un plus faible nombre d'organes de coupe sur un trépan afin d'obtenir
la même durée de vie qu'un trépan classique.
Un autre aspect de l'invention est de réaliser d'autres
améliorations dans la structure de l'organe de coupe indivi10 duel,et dans, son orientation par rapport au corps de trépan.
Cet aspect de l'invention réduit les effets nocifs des forces
qui sont appliquées sur l'organe de coupe en utilisation.
Bien que cet aspect de l'invention puisse être utilisé seul, lorsqu'il est combiné en outre avec les aspects susmentionnés 15 de l'invention, plus précisément l'utilisation de la face de coupe concave, la protection de l'élément de coupe de l'endommagement est même de plus améliorée lorsque les deux aspects de l'invention coopèrent l'un avec l'autre, la face incurvée qui s'auto-aiguise en fonction de sa propre usure, 20 et la réduction des effets nocifs des forces de forage qui
protègent en outre l'organe de façon générale.
La disposition de coupe ou face de coupe susmentionnée se termine dans un bord de coupe le plus extérieur qui en premier, vient en contact avec le terrain, et il est appro25 prié, pour les objets de la présente invention, de mesurer
la direction du mouvement au point médian de ce bord de coupe.
Pendant le forage, des forces importantes sont exercées sur l'extrémité extérieure de l'élément de coupe dans deux directions, vers le haut, en principe, normales au terrain, et, 30 vers l'arrière par rapport à la direction de déplacement ou de mouvement du trépan en rotation Ainsi la force résultante présente deux composantes dirigées vers le haut et
vers l'arrière, et un vecteur représentant la force résultante est incliné vers l'arrière et vers l'intérieur par 35 rapport au trépan.
Le corps de montage de l'organe de coupe peut être conçu pour présenter une partie en relief, qui est celle du corps de montage qui est directement engagé dans le chambrage ou logement respectif du corps de trépan Selon la présente invention, la ligne centrale de la partie en relief est inclinée vers l'arrièrede l'extrémité externe à l'extrémité interne par rapport à la direction de mouvement en utilisation, prise au point médian du bord de coupe, selon un etre premier angle qui peut/de 80 à 30 inclus, mais même très avantageusement de 65 à 500 inclus Par ce moyen, la partie
en relief est inclinée de façon générale dans le même sens 10 que la résultante des forces importantes susmentionnées.
En conséquence, par un accroissement de la force de compression la plus tolérable, les forces de courbure et de
cisaillement les plus dangereuses sont réduites Ceci contribue fortement à éviter la cassure et la détérioration de 15 l'organe de coupe.
En outre, en orientant la face de coupe (plus spécifiquement la tangente de la face de coupe au point médian du bord de découpe et dans le plan central de l'organe de coupe) selon un second angle par rapport à la ligne centrale de 20 la partie en relief, cet angle pouvant se situer entre 18 e et 75 inclus, mais plus avantageusement entre 25 'et 60 inclus, des angles de dégagement arrière appropriés peuvent être fournis en choisissant l'inclinaison susmentionnée de
la partie en relief.
En conséquence, un objet principal de l'invention estde
fournir un trépan amélioré du type à tirage.
Un second objet de la présente invention est de fournir un organe de coupe amélioré, auto-aiguisant, pour ce trépan. Un troisième objet de l'invention est de fournir un trépan dans lequel les facesde coupe des organes de coupe définissent des surfaces présentant des angles de dégagement
arrière qui deviennent négatifs en fonction de l'accroissement de la distance à partir du profil du terrain.
Un quatrième objet de l'invention est de fournir un organe de coupe amélioré, auto-aiguisant, présentant une
face de coupe concave vers l'intérieur.
Un cinquième objet de la présente invention est de fournir un trépan et l'organe de coupe qui lui est destiné, dans lequel i'endommagement en utilisation est réduit au minimum par l'inclinaison de la partie en relief de l'organe de coupe dans le corps de trépan et/ou l'inclinaison de ladite partie
en relief par rapport à la face de coupe.
Divers objets, caractéristique et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la
description suivante, faite en référence aux dessins annexés, 10 dans lesquels:
Figure 1 est une vue en élévation latérale d'un trépan
selon une première forme de réalisation de l'invention.
Figure 2 est une vue en plan prise selon la ligne
2-2 de la figure 1.
Figure 3 est une vue en détail, a plus grande échelle représentant une coupe vers une des nervures du corps de trépan avec l'un des organes de coupe représenté en élévation.
Figure 4 est une vue en coupe détaillée prise selon 20 la ligne 4-4 de la figure 3.
Figure 5 est une vue similaire à celle de la Éigure
3 prise dans un plan différent.
Figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 3, représentant la mise au point d'un angle de dégagement
arrière inférieur lors de la rencontre avec de la roche dure.
Figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 3, représentant une seconde forme de réalisation d'organe
de coupe.
Figure 8 est une vue prise selon la ligne 8-8 de la 30 figure 7.
Figure 9 est une vue en élévation frontale d'une troisième forme de réalisation d'organe de coupe.
Figure 10 est une vue en élévation latérale de
l'organe de coupe de la figure 9.
figure 1 l est une vue schématique d'un trépan selon
une autre forme de réalisation de l'invention.
Figure 12 est une vue détaillée de l'un de la première série d'organes de coupe selon la forme de réalisation de
la figure 11, prise selon la ligne 12-12 sur cette dernière.
Figure 13 est une vue en détail de l'un de la seconde série d'organes de découpe selon la forme de réalisation de la figure 11, prise selon la ligne 13-13 de cette dernière. Figure 14 est une vue en détail d'une autre forme de réalisation, représentant l'organe de coupe en élévation latérale et dans la partie adjacente du corps de trépan
en coupe dans le plan central de l'organe de coupe.
Figure 15 est une vue frontale prise selon la ligne
-15 de la figure 14.
Les figures 1 et 2 représentent un trépan de forage du type auquel s'applique la présente invention Telle qu' utilisée ici, l'expression 'ttrépan de forage" sera utilisée 15 dans le sens large, de façon à couvrir à la fois tous les
trépans de forage et les trépans de carottage.
Le corps du trépan 10, qui est constitué d'une matrice en carbure de tungstène infiltréepar un alliage de liaison, présente un embout fileté 12 à une extrémité pour la liaison 20 avec la tige de forage, et uneface d'extrémité opérante 14 à l'autre extrémité L'expression "'face d'extrémité opérante" telle qu'utilisée ici, ne comprend pas seulement l'extrémité réelle ou les parties regardant axialement représentées à la figure 2, mais des zonescontiguës se prolongeant le 25 long des côtés inférieurs du trépan, c'est-a-dire l'entière portion inférieure du trépan qui porte les organes de coupe opérants décrits ci-dessous Plus spécifiquement, la face d'extrémité opérante 14 du trépan est traversée par un certain nombre de structures mises en relief sous la forme 30 de nervures ou de lames 16 rayonnant à partir de la zone centrale inférieure du trépan et s'étendant à travers la surface inférieure et le long des faces latérales inférieures du trépan Les nervures 16 portent des organes de coupe 18, qui seront décrits plus en détail ci-dessous Juste au-dessus 35 des extrémités supérieures des nervures 16, le trépan 10 présente une section calibrée ou de stabilisation, comportant des nervures de stabilisation ou percuteurs 20, chacun
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d'entre eux étant continu par rapporta une des rainures respectives 16 supportant les organes de coupe Les nervures 20 viennent en contact des parois du trou de forage qui a été foré par la face d'extrémité opérante 14 pour centrer et stabiliser le trépan et aider à contrôler sa vibration. Entre la section de stabilisation définie par les nervures 20 et l'embout 12 est prévu un arbre 22 présentant des plats de serrage- desserrage 24 dont on se sert pour monter et démonter le trépan de la tige de forage En se référant à nouveau à la figure 2, la face inférieure du corps de trépan 10 présente un certain nombre d'ouvertures ou de buses de circulation 26 disposées près de son axe central, ces buses 26 communiquant avec les zones intérieures entre les
nervures 16, ces zones servant d'espace d'écoulement pour 15 les fluides, en utilisation.
En se référant maintenant à la figure 3, en association avec les figures 1 et 2, le corps de trépan 10 est destiné à tourner dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre, comme représenté sur la figure 2 Ainsi, chacune des ner20 vures 16 présente une surface de bord avant 16 a et une surface de bord arrière 16 b, comme cela est mieux représenté à la figure 3 Comme représenté sur les figures 3 et 4, chacun des organes de coupe 18 est constitué d'un corps de montage 28 (sous la forme d'un insert en carbure de tungstène 25 cémenté)et d'une couche 30 en diamant polycristallin ou en un autre matériau de dureté supérieure, disposé à la surface avant /de l'insert 28 et définissant la face de coupe 30 a de l'organe de coupe Telle qu'utilisée ici, l'expression "dureté supérieure" se rapporte à des matériaux plus durs de façon 30 significative que le carbure de silicium, qui présente un indice de dureté de Knoop de 2470, c'est-à-dire à des matériaux présentant un indice de dureté de Knoop supérieur ou égal à 2500 Chaque organe de coupe 18 a son corps de montage 28 inséré dans un logement respectif 29 dans l'une des 35 nervures 16, de sorte que leurs faces de coupe soient exposées en travers des surfaces de bord avant 16 a La portion du corps de montage 28 immédiatement enchassé dans une chambre 29 sera désignée dans ce qui suit par l'expression
"partie en relief".
La couche 30, la partie sous-jacente du corps 28 et la face de coupe définie par la couche 30 sont toutes conca5 ves vers l'intérieur dans un plan dans lequel leur angle de dégagement arrière peut être mesuré, par exemple le plan de la figure 3 Comme spécifié, la face de coupe 30 a est disposée en travers de la surface de bord avant 16 a-de la nervure respective 16, dans laquelle l'organe de coupe est monté et, 10 en fait, la face de coupe 30 a estla surface avant de l'organe de coupe Comme représenté sur la figure 3, la face de coupe incurvée 30 a est une surface présentant un certain nombre d'angles de dégagement arrière différents, ces angles devenant plus négatifs en fonction de distances du profil du terrain 15 32, c'est-à-dire que les angles deviennent plus négatifs du bord le plus externe au bord le plus interne de la face de coupe 30 a Telle qu'utilisée-ici, la "distance" est mesurée à partir du point le plus rapproché sur le profil Par exemple le bord le plus extérieur d'origine de la face 30 a forme le 20 bord de coupe initial en utilisation On peut voir qu'une tangente t 1 à la surface 30 a à son point de contact avec le terrain 32 coincide pratiquement avec une normale à cette surface au même point Ainsi, l'angle de dégagement arrière
à son bord le plus extérieur d'origine ou bord de coupe de 25 la surface 30 a est 0 .
La figure 6 illustre le même organe de coupe 18 et la nervure associée 16 après une usure considérable L'intervalle formé entre le corps 28 et la couche 30 par l'effet autoaiguisant est représenté de façon exagérée On peut se rendre 30 compte que, après une telle usure, la tangente t 2 à la face de découpe 30 a à son point de contact avec le terrain 32 forme un angle ( avec la normale N au profil du terrain en ce point de contact On peut également voir qu'un prolongement de la normale N tomberait à l'intérieur de l'organe de coupe 35 18 Ainsi, un angle de dégagement arrière significatif est alors présenté au terrain, et du fait que la normale N tombe
à l'intérieur de l'organe de coupe, cet angle est négatif.
Plus spécifiquement, l'angle de dégagement arrière d est
d'environ -10 comme représenté.
En utilisation des terrains relativement mous peuvent souvent être fores d'abord, de la roche plus dure étant rencontrée dans des couches inférieures et/ou dans de petites "veines" En début de forage, l'organe de coupe 18 vient au contact du terrain 32 selon le schéma représenté à la figure 3 Ainsi, la partie opérante de la surface 30 présente un angle de dégagement arrière d'environ O Avec un tel arc 3 r e angle de dégagementi, 1 e trépan peut forer relativement rapidement à travers le terrain mou supérieur sans usure importante ni excessive des organes de coupe Si et lorsqu'une roche plus dure est rencontrée, l'organe de coupe, y compris à la fois la couche de durété supérieure 30 et le corps 28 L 5 s'useront de façon extrêmement rapide jusqu'à ce que l'angle de dégagement inférieur présenté au terrain devienne approprié pour le type de roches à forer Par exemple, l'appareillage peut se détériorer de façon rapide usqu'S obtenir la configuration représentée à la figure 6, moment 20 auquel le taux d'usure sem réduit à un niveau acceptable pour le type particulier de roche Ainsi, l'organe de coupe, avec ses angles de dégagement arrière variables,est autos
aiguisant dans la direction négative.
Lorsqu'on atteint une configuration telle que celle 25 représentée à la figure 6, avec un angle de dégagement arrière négatif relativement important,approprié pour le terrain local, l'organe de coupe 18 et les autres organes de coupe sur le trépan, qui se seront usés de façon similaire, continueront ensuite à forer la nouvelle roche dure sans 30 dommages ni usure successive supplémentaires Si, par la suite, on ren nire a nouveau du terrain mou, les organes de coupe 18, mëme s'ils sont uses comme représenté à la figure 6 par exempne, peuvent continuer à forer Bien qu'ils ne soient plus capables de forer à la vitesse élevée permise 35 par la configuratiîL originale de la figure 3, ils auront foré au moins la partie la plus supérieure du terrain à la vitesse maximale possible, etpourront encore continuer à forer des parties inférieures à une vitesse plus petite mais
malgré tout acceptable.
Ainsi, un trépan équipé d'organes de coupe 18 tendra à optimiser à la fois la vitesse de forage et-la durée de vie du trépan Le temps total pour forer un puits donné sera très inférieur à celui qui aurait été nécessaire si des organes de coupe a angles de dégagement arrière sensiblement négatifs avaient été utilisés au départ En même temps, il n'interviendra aucune dépense excessive due à une manoeuvre spéciale pour 10 changer un trépan et le remplacer par un autre en fonction des différents types de terrains rencontrés De même, il n'y aura aucun danger de détérioration catastrophique comme cela interviendrait si des organes de coupe avec des angles de dégagement légèrement négatifs, zéro ou positifs, avaient 15 été utilisés d'un bout à l'autre On notera, en particulier, que si l'on expérimente une usure extrême, la surface 30 a de l'organe de coupe représenté et les surfaces des autres organes de coupe similaires sur le trépan présenteront de tels angles de dégagement arrière fortement négatifs par rapport au terrain que la pénétration du trépan sera effectivement arrêtée afin d'éviter la formation de rebuts par
endommagement massif.
La courbure de la face de coupe 30 a présente d'autres avantages, notamment en association avec les caractéristiques 25 de forme connexe de l'organe de coupe tout entier 18 et de la nervure 16 sur laquelle il est monté Comme représenté sur les figures 3 et 4, la face de coupe 30 a, tout en étant incurvée dans les plans dans lesquels l'angle de dégagement arrière peut être mesuré, n'est pas incurvée, mais est plutôt 30 droite, dans les plans perpendiculaires tels que ceux de la figure 4 Plus spécifiquement, la face 30 a définit une partie d'un cylindre Ceci permet de conformer la surface de bord avant 16 a de la nervure 16 de façon à être parallèle en général à la face de coupe 30 a, ainsi qu'aux faces de 35 coupe supplémentaires des autres organes de coupe montés sur la même nervure Ce "mélange" des incurvations du bord
avant de la nervure et des différentes faces de coupe dispo-
sées sur elle, accroît l'écoulement hydraulique de la boue de forage à travers le trépan Le corps de montage 28, qui est sous la forme d'une cheville, présente un axe central C (figure 3) définissant la direction longitudinale de l'organe de coupe en général La couche 30 et la face de coupe 30 a qu'il définit sont latéralement en retrait ou excentriques par rapport à l'extrémité la plus externe du corps 28 sur lequel elles sont montées Toutefois, la face 30 a est interceptée par l'axe C comme représenté au dessin. 10 Cette caractéristique, conjointement avec l'incurvation parallèle de la face 30 a et la surface de bord avant 16 a de la nervure respective permet de supporter dans une mesure maximale l'organe de coupe dans la nervure 16 Comme représenté sur la figure 3, la partie du corps 28 en regard de la face de coupe 30 a est en principe complètement enchassée dans et supportée par le matériau de la nervure 16 Comme représenté sur la figure 5, les parties latérales de l'extrémité la plus extérieure de l'insert 28 en général adjacentes à la face de coupe 30 a sont de même pratiquement enveloppées 20 et supportées par le matériau de la nervure 16 Ce support essentiel permet d'éviter l'endommagement ou la perte de l'organe de coupe en utilisation Par comparaison entre les figures 3 et 5, on peut voir que presque l'intégralité du corps 28 est enchassée et supportée par la nervure 16, alors 25 qu'en même temps, l'intégralité de la face de coupe 30 a est
exposée en contact potentiel avec le terrain.
Encore un autre avantage de la configuration incurvée de la face de coupe 30 a réside dans la présence d'un effet "anti-fragmentation". En bref, si une fragmentation du terrain commence à se développer en regard de laface de coupe 30 a, l'incurvation de cette face tendra à diriger la fragmentation formée vers le haut et sur la face de coupe, de sorte qu'elle sera
détruite et tombera, plutôt que s'accumuler sur le côté avant 35 de la face de coupe.
Sur les figures 7 et 8, est représentée une autre forme d'organe de coupe qui peut être utilisé sur un corps de trépan similaire à celui représenté sur les figures 1 et 2 Comme les organes de coupe 18 de la première forme de réalisation, l'organe de coupe 34 des figures 7 et 8 comporte un corps en forme de cheville 36 en carbure de tungstène fritté formant le corps de montage de l'organe de coupe et une couche 38 de matériau de dureté superieure, tel que du diamant polycristallin, déposé sur l'extrémité la plus extérieure du corps 36 et-formant la face de coupe 38 a De façon analogue, la face de coupe 38 est incurvée de sorte qu'elle définit une pluralité d'angles de dégagement arrière, devenant plus négatif en fonction de la distance à partir du profil du terrain en utilisation Toutefois, à l'opposé de la couche de la première forme de réalisation, la couche 38 de la forme de réalisation des figures 7 et 8 est agencée symétri15 quement sur l'extrémité du corps 36 Une autre différence réside dans le fait que la'couche 38 et la face/ae qu'elle
définit sont incurvées dans des plans transversaux; plus spécifiquement, elles définissent un secteur d'une sphère.
La figure 7 illustre la façon selon laquelle l'angle de mon20 tage du corps 36 dans une nervure 16 ' du corps de trépan est modifié (par comparaison avec celui de la forme de réalisation précédente) pour adapter l'agencement symétrique de la couche 38 sur le corps 36 et fournir un support de nervure maximal
pour le corps 36 tout en permettant encore une exposition 25 complète de la face de coupe 38 a.
Les figures 9 et 10 illustrent encore une autre forme d'organe de coupe 40 selon la présente invention L'organe comporte un corps de montage sous la forme d'un insert 42 en carbure de tungstène fritté Le corps 42 porte une cou30 che 46 en matériau de dureté supérieure, pas directement mais au moyen d'un tampon support intermédiaire 44, également en carbure de tungstène fritté La couche 46 de matériau de dureté supérieure et la face de découpe qu'elle définit sont, comme dans les formes de réalisation précédentes, concaves 35 vers l'intérieur Toutefois, plutôt que définir une simple courbe uniforme, la face de coupe comporte une succession de plats contigus 46 a, 46 b, 46 c, disposés chacun angulairement par rapport au ou aux plats adjacents prochains, tandis que chacun définit un angle de degagement arrière différent de plus en plus négatif Ainsi, la forme de réalisation des figures 9 et 10 comporte une face de coupe concave qui est voisine de lia face de coupe incurvée de la première forme de réaliition, mai S qui définit seulement trois angles de dégagement arrière, plutôt qu'un nombre infini d'angles de
dégagement arrière.
Sur le S figures 11 à 13, est illustré un schéma par lequel certains principes de la présente invention peuvent 6 tre appliqués en utilisant des organes de coupe classiques présentant des faces de coupe planaires La figure il repr 6sente schématiquement un corps de trépan 50 dont le profil est de façon générale parallèle au profil 64 du terrain 66, 15 en utilisation, de feaçon classique Le corps du trépan 50 porte une première série d'organes de coupe 54 et une seconde série d'organes de coupe 52 Les organes de coupe des deui séries sont agencés de façon alternative sur le corps de trépan Comme cela est illustré sur la figure 13, les organes 20 de coupe 54 comportent chacun un corps de montage 60 et une couche 62 de matériau de dureté supérieure, définissant une face de coupe planaire Comme représenté sur la figure 12, chaque organe de coupe 52 comporte de façon analogue un corps de montage 55 et une couche 58 en matériau de dureté 25 supérieure, définissant une face de coupe planaire Toutefois, les organes de coupe des deux séries diffèrent sur deux principes de base Les organes 54 de la première série ont leurs faces de coupe disposées plus près de la face d'extrémité opérante du corps de trépan que les faces de coupe de la seconde série d'organes de coupe 52 Comme on peut le voir par comparaison des figures 12 et 13, les deux séries diffèrent également du fait que la première série ou série la plus interne présente ses gaces de coupe disposées selon arriere des angles de dégagementi/sensiblement négatifs, alors que la première série d'organes de coupe 52 a ses faces de coupe agencées selon un angle de dégagement arrière de O Ainsi, bien que les faces de coupe individuelles soient planaires, les faces de coupe des différents organes de coupe sur le corps de trépan définissent ensemble des surfaces présentant des angles de dégagement arrière qui deviennent plus négatifs en fonction de la distance avec le profil 64 du terrain 66. En conséquence, en utilisation, le trépan de la figure 11 commencera à forer dans du terrain mou comme représenté sur le dessin, avec seulement les organes de coupe les plus extérieurs 52 en contact de forage avec le terrain Ces or10 ganes de coupe les plus extérieurs présentent des angles de dégagement arrière zéro appropriés pour forer rapidement le terrain mou supérieur 'Si et lorsque l'on rencontre de la roche dure, les organes 52 cassent ou se détériorent rapidement jusqu'à ce que les organes 54 soient incapables de venir au contact et de commencer à forer le terrain,du fait
de leurs angles de dégagement arrière sensiblement négatifs, les organes 54 seront aptes à forer la roche dure sans endommagement ni usure excessive.
Les figures 14 et 15 illustrent une autre forme de réa20 lisation d'élément de coupe et de son rapport avec le corps de trépan, conjointement avec les vecteurs et les lignes
de construction utiles pour la description d'un autre aspect
de la présente invention En particulier, est représentée une partie d'un corps de trépan 100 présentant sur sa face 25 d'extrémité opérante une structure en relief ou nervure 102 dans laquelle est formé un chambrage ou logement 10 ' eoyhure chambrage 109 débouche à travers le bord avant 106 de la nervure 102 Il est évident que le corps de trépan 100 peut d'autre part être plus ou moins identique au corps de tré-. 30 pan des figures 1 et 2, et en particulier, que la nervure
102 peut avoir une composante radiale significative de direction, qu'il pourra exister d'autres nervures de ce type sur la face d'extrémité du corps de trépan, et qu'au moins certaines de ces nervures présenteront un certain nombre de 35 chambrages comme ceux référencés 104.
Les figures 14 et 15 représentent en outre un organe de coupe comportant un corps de montage 108 en carbure de tungstène fritté, un support 110 également en carbure de tungstène fritté, et une fine couche 112 de matériau à base de diamant polycristallin qui définit une formation de coupe ou une face de coupe planaire 112 a, qui,à son tour, se termine par un bord de coupe 112 b Le corps de montage 108 renferme une partie en relief généralement cylindrique et la plus ihtérieure 108 a qui est enchassée et fixée dans le chambrage 104 La partie en relief 108 a peut être montée dans le chambrage 104 par fixation par ajustage interférentiel, particu10 lièrement si le corps de trépan 100 est en acier En variante, notamment si l'on utilise un corps de trépan en matrice en carbure de tungstène, la portion en relief 108 a peut être
brasée dans le chambrage 104, auquel cas, dans cette description, la partie en relief du corps de montage sera encore 15 considérée comme étant en aboutement avec les parois du
chambrage, même s'il peut exister une fine couche de matériau
de brasage entre eux.
Le corps de montage 108 comporte encore une partie extérieure 108 bqui est angulairement orientée par rapport à la partie en relief 108 a Le support 110 est fixé à la surface d'extrémité externe de la partie 108 b, et la couche de coupe 112 estià son tourfixée à la surface extérieure
du support 110.
Lorsque le bord de coupe 112 b de la face de coupe 112 a 25 s'engage et fore le terrain 114 en utilisation, le déplacement ou mouvement provoqué par la rotation du trépan définit une direction d'avancement La direction de déplacement pour
tous les points sur la face de coupe sera parallèle ou presque parallèle, en fonction de la configuration de la face de coupe, 30 mais dans un but de définition précise dans cette description,
on fera ici référence à la direction de trajet du point médian X du bord de coupe 112 b Le point X est situé dans
le plan central P de l'organe de coupe, ce plan passant également par l'axe central L de l'insert 118 a et partage 35 l'organe de coupe en deux moitiés symétriques identiques.
La direction de mouvement du point X est indiquée par le vecteur V. Lorsque le bord de coupe 112 b s'engage avec et fore le terrain 114, des forces élevées sont exercées sur l'organe de coupe dans deux directions majeures Du fait du poids de la tige de forage reposant sur le trépan et ses organes de coupe, il se produit une force F 1 exercée de façon générale vers le haut normalement au terrain Du fait du déplacement vers l'avant du bord de coupe 112 b et de son raclage contre le terrain 114, il existe une force F 2 qui s'exerce dans une direction vers l'arrière La résultante des deux 10 forces est représentée par le vecteur FR qui est incliné vers le haut (c'est-à-dire vers l'intérieur par rapport au trépan) et vers l'arrière Selon la présente invention, l'axe central L de l'insert 108 a et du chambrage 104 qu'il reçoit sont de façon analogue 15 inclinés vers l'arrière par rapport à la direction de déplacement ou de mouvement V, à partir de l'extérieur vers l'extrémité interne de la partie en relief selon un premier angle
B (Dans la description, à moins d'indications contraires, l'angle entre deux lignes sera considéré comme étant le plus 20 petit des angles complémentaires formés par l'intersection
de ces lignes).
Grâce à une telle inclinaison d'angle, les effets de courbure et de cisaillement de la force FR décroissent à mesure que son effet de compression s'accroît Bien que l'inclinaison exacte du vecteur FR peut varier pendant l'utilisation du trépan, elle sera, pour des raisons expliquées précédemment, toujours inclinée vers l'arrière et vers l'intérieur Ainsi, si l'inclinaison de la ligne L par rapport au vecteur V eside façon analogue & l'arrière et vers l'inté30 rieur, l'organe de coupe sera toujours disposé plus en-état de compression et moins en état de cisaillement, par comparaison avec les agencements de la technique antérieure dans
lesquels les parties en relief des corps de montage sont disposées généralement normalement au profil du terrain.
En outre, la face de coupe 112 a est inclinée par rapport à l'axe central L de la partie en relief 108 a, selon second angle, quisde préférencesdiffère des angles utilisés dans des organes de coupe normalisés ou classiques Du fait que la face de coupe 112 a, telle que représentée, est planaire, le second angle susmentionné est constant pour tous les points sur l a face de coupe pour la forme de réalisation particulière représentée Toutefois, pour des motifs de définition spécifiqueset precis, et pour tenir compte des variations dans lesquelles la face de coupe pourrait être incurvie comme décrit ci-dessus, on fera référence à un second angle y entre l'axe central L et une tangente T à 10 la face de coupe 112 b prise au point X et dans le plan central P. Par choix et corrélation appropriés des premier et second angles 8 et y, il est possible de disposer l'élément de coupe autant que possible en compression, en utilisant des estimations calculées de la direction de la force résuiltante moyenne FR, tout en procurant en même temps des angles
de dégagement arrière appropriés de la face de coupe 112 a.
Afin de réaliser les deux objets susmentionnés, c'est à-dire placer l'élément de coupe beaucoup plus près en com20 ression en utilisation tout en procurant également un angle de dégagement arrière approprié, le premier angle 8 devra maintenu être / de préférence dans une plage de 80 à 30 inclus, et même plussavantageusement de 6 e à 50 inclus Le second angle Y devra de préférence être maintenu dans une plage 25 de 18 a O à 750 inclus, et même plus avantageusement dans une plage de 25 O à 600 inclus Des angles de dégagement arrière appropriés ouires faces de coupe planaires sont -20 , - et O O Si l'angle de dégagement arrière doit être d'environ -20 , le second angle Y devra être de 38 à 75 incluse et 30 même,plus avantageusement, de 450 à 60 inclus Si l'angle de dégagement arrière doit être de = 10 ou aux environs, Y devra être de 28 à 655 inclus, et plus avantageusement de 35 à 50 inclus Si l'angle de dégagement arrière doit être
d' environ O , Y devra être de 180 à 55 inclus, plus avan35 tageusement de 25 40 inclus.
Lorsque la face de coupe est incurvée ou par ailleurs concave, comme décrit ci-dessus, l'angle de dégagement arrière varie avec la distance du profil de terrain Ainsi, pour des motifs de paramètres ci-dessus sur l'angle y, avec de telles faces de coupe concaves, il est approprié de se référer à l'angle de dégagement arrière sur le bord de coupe existant Lorsque l'organe de coupe s'use par utilisation, la disposition du bord de coupe et de ce fait
l'angle de dégagement arrière du bord de coupe changeront.
Toutefois, en fonctionnement normal, le forage sera terminé lorsqu'une telle usure a progressé vers l'intérieur, au plus, 10 à mi-distance de la face de coupe Par des choix appropriés de l'angle y, par rapport au bord de coupe original lorsque l'organe de coupe est neuf, il est possible de maintenir l'angle Y à l'intérieur de la plage désirée de 18 à 750 inclus, et même dans la plage plus avantageuse de 25 à 60 15 inclus, pendant au moins une partie importante de la durée
de vie anticipée de l'organe de coupe.
En se référant encore aux figures 14 et 15, et en comparant ces deux figures, on peut voir que les choix préférés des angles e et y ont été utilisés tout en procurant encore 20 un support arrière et un support latéral essentiels pour l'organe de coupe En particulier, on peut voir qu'une partie importante du matériau du corps de trépan à l'intérieur de la nervure ou de la structure en relief 102 s'appuie ou une repose vers l'arrière de la face de coupe 112 a sur partie importante du prolongement de cette face de coupe En se référant encore une fois à la figure 3, en éliminant la partie angulaire ( 108 b)du corps de montage, tout en permettant au chambrage 29 de s'ouvrir partiellement à travers la surface extérieure de la nervure 16 ainsi qu'à travers sa sur30 face d'extrémité avant 16 a, une large plage d'anglese ety peut être choisie en procurant un degré même plus élevé d'enveloppement de l'extrémité externe du corps de montage
28 par le matériau du corps de trépan.
Ce qui précède représente seulement quelques formes de réalisation exemplifiées de la présente invention, et il est clair que de nombreuses modifications peuvent venir d'elles mêmes à l'idée de l'homme de l'art Par exemple, outre les faces de coupe cylindriques et sphériques illustrées dans les deux premieres formes de réalisation ci-dessus, d'autres courbes concaves, telles que des courbes toro 3 dales ou ellipsoidales sont possibles ainsi que des courbes variables définissant aucune forme géométrique classique Des schémas similaires à ceux de la figure 1 l peuvent incorporer d'autres agencements d'organes de coupe à angles de dégagement grands et petits sur le corps de trépan Par exemple, plutôt que de réaliser deux types d'organes de coupe 10 sur chaque rangée, des rangées alternées peuvent être prévues avec des organes de coupe à angles de dégagement grands et petits respectivement L'espacement approprié des différentes rangées à partir du profil peut être réalisé en formant des nervures ou des lames sur le corps de trépan, comme dans 15 les figures 1 et 2, mais avec des nervures alternées
présentant des épaisseurs différentes.
On peut choisir des matériaux divers, mais en tout cas, il est préférable que le matériau des corps de montage soit plus dur de façon significative que celui du corps de trépan, 20 et que le matériau des faces de coupe soit même plus dur,
plus spécifiquement "de dureté supérieure" comme défini cidessus.
Encore d'autres variantes sont possibles En conséquence, il est clair que la portée de l'invention n'est limitée 25 que par les revendications suivantes.
Claims (34)
1 Un trépan du type à tirage comportant: un corps de trépan présentant une face d'extrémité opérante, et une pluralité d'éléments de coupe autoaiguisants montés sur ledit corps de trépan et se prolongeant à travers ladite face d'extrémité opérante, ces organes de coupe présentant des faces de coupe adaptées à s'engager dans un terrain et à le forer suivant le profil tridimensionnel désiré, ces faces de coupe définissant des surfaces présentant des angles de dégagement arrière qui deviennent de plus en plus négatifs
avec la distance dudit profil.
2 Un trépan selon la revendication 1, dans lequel chacun desdits organes de coupe comporte un corps de montage 15 présentant une face avant et une couche relativement fine
de matériau de dureté supérieure, déposée sur la face avant dudit corps de montage et définissant ladite face de coupe.
3 Un trépan selon la revendication 2, dans lequel lesdits corps de montage sont constitués d'un matériau plus dur de façon significative que celui dudit corps de trépan mais pas aussi dur que ladite couche en matériau de dureté supérieure. 4 Un trépan selon la revendication 3, dans lequel ledit
matériau super-dur est constitué par du diamant polycristal25 lin.
Un trépan selon la revendication 4, dans lequel les corps de montage sont constitués par du carbure de tungstène cémenté. 6 Un trépan selon la revendication 3, dans lequel 30 chacune desdites faces de coupe présente une pluralité d'angles de dégagement arrière qui-deviennent de plus en
plus négatifs avec la distance dudit profil.
7 Un trépan selon la revendication 6, dans lequel chacune desdites faces de coupe comporte une succession de plats contigus, présentant chacun respectivement un tel angle
de dégagement arrière.
8 Un trépan selon la revendication 6, dans lequel chacune desdites faces de coupe définit une courbe concave dans le plan de mesure desdits angles de dégagement arrière,
9 Un trépan selon la revendication 8, dans lequel ledit 5 matériau de dureté supérieure est constitue de diamant polycristallin.
Un trépan selon la revendication 8, dans lequel la configuration de ladite face d'extrémité opérante définit une pluralité de structures en relief présentant chacune une surface de bord avant, et dans lequel lesdits corps de montage desdits organes de coupe sont enchassés dans lesdites structures en relief pour monter lesdits éléments de coupe de façon que lesdites faces de coupe soient disposées le
long desdites surfaces de bord avant.
11 Un trépan selon la revendication 10, dans lequel la partie de chacun desdits corps de montage en regard de ladite face de coupe et des parties latérales dudit corps
de montage adjacentes à ladite face de coupe sont pratiquement enchasséesdans et supportéespar lesdites structures 20 en relief respectives.
12 Un trépan selon la revendication 11, dans lequel les surfaces de bord avant desdites structures en relief sont incurvées de façon à venir parallèles avec les courbes
desdites faces de coupe.
13 Un trépan selon la revendication 11, dans lequel lesdites structures en relief sont des nervures agencées chacune pour présenter une composante radiale essentielle de direction par rapport à ladite face d'extrémité, et au
moins quelques unes desdites nervures présentent une plurali30 té d'organes de coupe qui y sont montés.
14 Un trépan selon la revendication 11, dans lequel chacun desdits corps de montage est un insert présentant
un axe intersectant la face de coupe respective.
Un trépan selon la revendication 14, dans lequel de
chacune desdites faces/coupe définit un secteur d'un cylindre.
16 Un trépan selon la revendication 11, dans lequel
chacune desdites faces de coupe définit une partie d'un cylindre.
17 Un trépan selon la revendication 2, dans lequel on a prévu au moins deux rangées desdits organes de coupe, une rangée présentant ses faces de coupe disposées plus près de ladite face d'extrémité opérante que les faces de coupe 5 de l'autre rangée, et-dans lequel les angles de dégagement arrière des faces de coupe de la première rangée sont inférieurs aux angles de dégagement arrière desdites faces de
coupe de l'autre rangée.
18 Un trépan selon la revendication 17, caractérisé en ce que le matériau d'une dureté supérieure est constitué
de diamant polycristallin.
19 Un trépan selon la revendication 17, dans lequel
lesdites faces de coupe sont généralement planaires.
Un trépan de forage du type à tirage comportant: un corps de trépan présentant une face d'extrémité opérante, une pluralité d'éléments de coupe montés dans ledit corps de trépan et se prolongeant à travers ladite face d'extrémité opérante, chacun desdits éléments de coupe com20 portant: un corps de montage constitué d'un matériau plus dur de façon significative que celui dudit trépan et présentant une face avant, et une couche relativement mince de matériau même 25 plus dur que celui du corps de montage, disposé sur la face avant dudit corps de montage et définissant une face de coupe; lesdites faces de coupe étant adaptées à venir au contact d'un terrain et à le forer selon un profil tridimensionnel désiré, lesdites faces de coupe définissant des surfaces présentant des angles de dégagement arrière qui deviennent
de plus en plus négatifs avec la distance dudit profil.
21 Un trépan selon la revendication 20, dans lequel
lesdits corps de montage sont constitués de carbure de tungstène cémenté, et lesdites faces de coupe sont constituées 35 de matériau de dureté supérieure.
22 Un trépan selon la revendication 20, dans lequel chacune des faces de coupe présente une pluralité d'angles de dégagement arrière qui deviennent de plus
en plus négatifs avec la distance dudit profil.
23 Trépan selon la revendication 22, dans lequel chacune des faces de coupe définit une courbe concave dans le plan de mesure desdits angles de dégagement arrière. 24 Un trépan selon la revendication 20, dans lequel sont prévues au moins deux rangées d'organes de coupe, une rangée présentant ses faces de coupe disposées plus près de la face d'extrémité opérante que les faces de coupe de 10 l'autre rangée, et dans lequel les angles de dégagement arrière des faces de coupe d'une rangée sont inférieurs aux angles de dégagement arrière desdites faces de coupe de
l'autre rangée.
Un organe de coupe auto-aiguisant adapté à être monté sur un corps de trépan du type à tirage et comportant un corps de montage et une couche de matériau de dureté supérieure disposée sur ledit corps de montage adjacent à l'extrémitàede ce dernier et définissant une face de coupe, ladite face/coupe étant en général concave vers l'intérieur 20 dans un plan généralement parallèle à la direction voulue
de mouvement dudit organe de coupe en utilisation.
26 Un organe de coupe selon la revendication 25, dans lequell Concavité de ladite face de coupe est défine,par une
courbe uniforme.
27 Un organe de coupe selon la revendication 26, dans
lequel ladite face de coupe définit une section de cylindre.
28 Un organe de coupe selon la revendication 27,dans lequel ledit corps de montage présente un axe central longitudinal et dans lequel ladite face de coupe est latéralement 30 décalée par rapport audit axe central, en regard partiellement radialement vers l'extérieur et partiellement axialement
vers l'extérieur dudit corps de montage.
29 Un organe de coupe selon la revendication 28, dans
lequel l'axe central du corps de montage intersecte avec 35 la face de coupe.
Un organe de coupe selon la revendication 28, dans lequel ledit corps de montage est un insert constitué de carbure de tungstène fritté, et dans lequel le matériau
de dureté supérieure est constitué de diamant polycristallin.
31 Un organe de coupe selon la revendication 26, dans
lequel ledit corps de montage présente un axe central longi5 tudinal et dans lequel ladite face de coupe est agencée symétriquement par rapport audit axe central dudit corps de montage.
32 Un organe de coupe selon la revendication 31, dans lequel ladite face de coupe définit un secteur de sphère 10 33 Un organe de coupe selon la revendication 25, dans
lequel ledit corps de montage présente un axe central longitudinal et dans lequel ladite face de coupe est latéralement décalée par rapport audit axe central, en regard partiellement radialement vers l'extérieur et partiellement axialement 15 vers l'extérieur dudit corps de montage.
34 Un organe de coupe selon la revendication 33, dans lequel ledit axe central dudit corps de montage intersecte
ladite face de coupe.
Un organe de coupe selon la revendication 25, dans 20 lequel ladite face de coupe comporte une succession de plats contigus, chacun de ces plats étant disposé angulairement
par rapport au ou-aux plats adjacents.
36.prgane de coupe selon la revendication 25, dans lequel ledit corps demontage est un insert constitué de 25 carbure de tungstène fritté et dans lequel ledit matériau
de dureté supérieure est constitué de diamant polycristallin.
37 Un trépan du type à tirage comportant: un corps de trépan adapté à se mouvoir en rotation dans une direction prédéterminée en utilisation et présentant 30 une face d'extrémité opérante et une pluralité d'organes de coupe auto-aiguisants montés dans ledit corps de trépan et adaptés pour forer un terrain selon un profil tridimensionnel désiré, chacun de ces organes de coupe présentant: un insert disposé dans un chambrage respectif du corps de trépan et définissant l'extrémité interne dudit organe de coupe, et une face de coupe généralement adjacente à son exreémité extérieure en regard vers l'extérieur à travers ladite face d'extremité dudit corps de trépan et se terminant dans un bord Je coupe extérieur, l'axe central dudit insert étant inclial vers l'arrière à partir de ladite extrémité externe vers l'extrémité interne par rapport à ladite direction de mouvement en utilisation, prise au point médian du bord de coupe, selon un premier angle de 80 a 30 cinclus; et ladite face de coupe étant orientée de sorte 10 que la tangente à cette face de coupe au point médian dudit bord de coupe et dans le plan central de 1 "organe de coupe, soi isposêe selon un second angle de 18 "à 75 inclus, par rapport à l'axe central dudit insert; lesdites faces de coupe définissant des surfaces qui présentant des angles de dégagement arrière/deviennent de
plus en plus négatifs avec la distance dudit profil.
38 L'appareil de la revendication 37, dans lequel ladite
face de coupe présente un angle de dégagement arrière sur le bord de coupe d'environ -20 , et dans lequel le second 20 angle se situe dans la plage de 380 à 75 inclus.
39 L'appareil de la revendication 37,dans lequel ladite face de coupe présente un angle de dégagement arrière sur le bord de coupe d'environ 10 , et dans lequel ledit second
angle se situe dans la plage de 280 à 65 inclus.
40 L'appareil de la revendication 37, dans lequel ladite face de coupe présente un angle de de agement arrière sur le bord de coupe d'environ O , et dans lequel le second angle est situé dans la plage de 180 à 55 inclus O 41 L'appareil de la revendication 37, dans lequel ledit 30 premier angle est dans la plage de 65 O 50 inclus, et dans lequel le second angle se situe dans la plage de 25 à 60 inclus. 42 L'appareil de la revendication 41, dans lequel ladite face de coupe présente un angle de dégagement arrière 35 $su 1 le bord de coupe d'environ -20 et dans lequel ledit
second angle se situe dans la plage de 450 à 60 inclus.
43 L'appareil de la revendication 41, dans lequel ladite face de coupe présente un angle de dégagement arrière
sur le bord de coupe d'environ -10 et dans lequel ledit second angle se situe dans la plage de 35 à 50 inclus.
44 L'appareil de la revendication 41, dans lequel ladite face de coupe présente un angle de dégagement arrière sur le bord de coupe d'environ O et dans lequel ledit second
angle est dans la plage de 250 à 40 inclus.
Un trépan selon la revendication 37, dans lequel chacune desdites faces de coupe présente une pluralité d'angles de dégagement arrière qui deviennent de plus en
plus négatifs avec la distance dudit profil.
46 Un trépan selon la revendication 45, dans lequel chacune desdites faces de coupe définit une courbe concave dans le plan de mesure desdits angles de dégagement arrière. 15 47 Un trépan selon la revendication 46, dans lequel la configuration de ladite face d'extrémité opérante définit une pluralité de structures en relief présentant chacune une surface de bord avant, et dans lequel lesdits inserts des organes de coupe sont enchassés dans lesdites structures 20 en relief pour y monter lesdits éléments de coupe de sorte que lesdites faces de coupe sont disposées le long desdites
surfaces de bord avant.
48 Un trépan selon la revendication 47, dans lequel la partie de chacun desdits corps de montage opposé à ladite 25 face de coupe et les parties latérales dudit corps de montage adjacentesauxdites faces de coupe sont pratiquement enchassées
dans et supportées par les structures en relief respectives.
49 Un trépan selon la revendication 46, dans lequel
chacune desdites faces de coupe définit un secteur de cylin30 dre.
Un trépan de forage du type/tirage comportant: un corps de trépan agencé pour se mouvoir en rotation dans une direction donnée en utilisation et présentant une face d'extrémité opérante; et une pluralité d'organes de coupe auto-aiguisants montés dans ledit corps de trépan et adaptés a forer un terrain selon un profil tridimensionnel désiré, chacun desdits organes de coupe présentant: un insert disposé dans un chambrage respectif dudit corps de trépan et définissant l'extrémité interne dudit organe de couperet une face de coupe généralement adjacente à l'extrémité externe dudit organe de coupe,en regard vers l'extérieur de ladite face d'extrémité dudit corps de trépan, et définissant un bord de coupe extérieur; l'axe central dudit insert étant incliné vers l'arrière à partir de l'extrémité externe vers l'extrémité interne dudit organe de coupe par rapport à ladite direction de mouvement en utilisation, prise au point moyen dudit bord de coupe,selon un angle de 65 à 500 inclus; lesdites faces de coupe définissant des surfaces
présentant des angles de dégagement arrière qui deviennent 15 de plus en plus négatifs avec la distance dudit profil.
51.Un trépan selon la revendication 50,dans lequel chacune desdites faces de coupe présente une pluralité d'angles de dégagement arrière qui deviennent de plus en plus
négatifs avec la distance dudit profil.
52 Un trépan selon la revendication 51,dans lequel chacune desdites faces de coupe définit une courbe concave
dans le plan de mesure desdits angles de dégagement arrière.
53.Un organe de coupe destiné à être utilisé dans un trépan du type à tirage comportant: un insert définissant une extrémité dudit organe de coupe; une face de coupe généralement adjacente à l'autre extrémité dudit organe de coupe et définissant un bord de coupe extérieur; ladite face de coupe étant généralement vers l'intérieur concave dans un plan généralement parallèle à la direction voulue de mouvement de l'organe de coupe en utilisation et étant orientée de sorte que la tangente à ladite face de coupe au point moyen dudit bord de coupe et dans le plan cen35 tral de l'organe de coupe soit disposée selon un angle de
à 600 inclus par rapport à l'axe central dudit insert.
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