FR2954197A1 - Foret a goujures droites - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un foret comprenant successivement une queue (1) d'entraînement dudit foret, un corps principal (2) et une pointe (3) comportant au moins deux arêtes coupantes (4), ledit corps principal (2) comportant au moins deux lèvres séparées par deux goujures (6), chacune desdites lèvres comportant un listel (9). Selon l'invention, lesdites goujures (6) étant droites, l'âme dudit foret a un diamètre au moins égal à 20% du diamètre extérieur d dudit corps principal (2) et en ce que la largeur de ladite âme à ladite pointe (3) est comprise entre deux et cinq centièmes du diamètre extérieur d dudit corps principal (2). Ce foret est particulièrement adapté au perçage vibrant.

Description

Foret à goujures droites
La présente invention concerne un foret à goujures droites à trous de lubrification. Elle trouve une application particulière dans le domaine du perçage vibrant de matériaux métalliques et plus spécialement de métaux de grande dureté tels que des alliages de titane, des empilages métal/composite, des empilages hétérogènes ou encore des superalliages à base de nickel et de cobalt employés pour fabriquer notamment des pièces aéronautiques. On connaît des outils de coupe pour le travail de matériaux tels que les métaux. Parmi ces outils de coupe, le foret hélicoïdal opère par la formation de copeaux, laquelle dépend largement de l'angle de coupe de l'outil.
Afin de faciliter l'évacuation des copeaux métalliques longs et chauds qui s'enroulant autour du foret, peuvent provoquer sa casse, le foret hélicoïdal présente généralement des goujures élargies avec un fort angle d'hélice. Si ces forets hélicoïdaux donnent de bons résultats dans des 15 conditions de perçage conventionnel, ils ne sont pas adaptés au perçage vibrant. D'une part, ces larges goujures fragilisent l'outil de perçage qui n'est alors plus dimensionné mécaniquement pour supporter les variations d'efforts et les couples de perçage générés en perçage vibrant. 20 On a observé que ces derniers peuvent atteindre deux fois la valeur nominale usuellement constatée ce qui conduit de ce fait à la rupture de l'outil. La présence de ces larges goujures n'est, par ailleurs, pas justifiée puisque le perçage vibrant génère des copeaux très courts fragmentés à 25 basse température.
D'autre part, le perçage vibrant a apporté ses propres contraintes. Cette méthode de perçage occasionne notamment des chocs dans les outils de perçage qu'il est donc nécessaire de concevoir avec une résilience d'autant plus importante que le matériau percé est dur, et qu'il induit en conséquence des chocs importants. Ce problème n'était pas apparent dans le perçage conventionnel et les outils de perçage de grande dureté développés pour ce type de perçage en vue de limiter leur usure se montrent trop fragiles pour du perçage vibrant. Ils présentent donc des durées de vie très faibles dans des conditions de coupe sévères. En outre, on a constaté qu'au fur et à mesure que la profondeur des perçages croît, les efforts de torsion appliqués sur les forets sont de plus en plus importants. Ces efforts résultent des frottements de la surface externe du foret contre la surface cylindrique interne du perçage qui sont alors de plus en plus importants. Ces frottements sont encore accentués en perçage vibrant par les nombreuses micro-translations que réalisent le foret en opération. Ces frottements peuvent résulter en la cassure du foret. Une telle cassure nécessite non seulement l'interruption plus ou moins longue du travail de perçage en cours pour le remplacement du foret mais peut également s'avérer critique si l'accès au trou en cours de perçage est étroit et difficile. L'objectif de la présente invention est donc de proposer un foret à trous de lubrification, simple dans sa conception et dans son mode opératoire, dont la géométrie de la partie taillée autorise un usage en perçage vibrant sans les inconvénients de l'art antérieur exposés ci-dessus. Un autre objet de la présente invention est un choix de matériau constitutif du foret assurant un allongement de la durée de vie de l'outil coupant et une meilleure qualité des trous. A cet effet, l'invention concerne un foret comprenant successivement une queue d'entraînement de ce foret, un corps principal et une pointe comportant au moins deux arêtes coupantes, ledit corps principal comportant au moins deux lèvres séparées par deux goujures, chacune de ces lèvres comportant un listel. Selon l'invention, ces goujures étant droites, l'âme de ce foret a un 35 diamètre au moins égal à 20% du diamètre extérieur d dudit corps principal et la largeur de l'âme à la pointe de ce foret est comprise entre deux et cinq centièmes du diamètre extérieur d dudit corps principal. On entend par "âme de ce foret", la portion centrale pleine du foret entre les goujures droites.
De préférence, l'âme a un diamètre au moins égal à 30% du diamètre extérieur d dudit corps principal, ce diamètre étant mesuré bien entendu pour un foret à l'état neuf. La géométrie de ces goujures et l'épaisseur de l'âme permettent avantageusement de limiter significativement les risques de cassure ou cisaillement du foret en perçage vibrant tout en assurant une bonne évacuation des copeaux. L'affûtage de l'âme du foret sera soigné afin d'éviter des efforts trop importants dans l'outil. Cet affûtage sera tel que la largeur de l'âme à la pointe du foret sera comprise entre deux (2) et cinq (5) centièmes du diamètre extérieur d du corps principal du foret, ce diamètre étant mesuré pour un foret à l'état neuf. A titre purement illustratif, le diamètre extérieur d du corps principal du foret étant égal à 12,7 mm, la largeur de l'âme à la pointe sera de 0,4 mm afin de ne pas générer trop d'effort axial. Le foret peut comprendre de deux à quatre listels en fonction des applications envisagées. Le nombre de listels sera de quatre si l'on souhaite obtenir un meilleur état de surface et réduire les phénomènes de collage. Il sera de deux si l'on préfère réduire les frottements. Le corps principal et la pointe de ce foret forme ce qui est communément appelé "la partie taillée" de l'outil coupant.
Ce foret peut avantageusement être mis en oeuvre pour toute condition de lubrification voire de perçage à sec. Ce foret présente des performances et une géométrie lui permettant avantageusement le perçage de matériaux métalliques très durs. A titre purement illustratif, ce foret peut avoir un diamètre extérieur de son corps principal allant de 5 à 25,4 mm pour une longueur totale du foret allant jusqu'à 300 mm. Dans différents modes de réalisation particuliers de ce foret, chacun ayant ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles: - la géométrie du foret comporte les éléments suivants : o chaque listel a une largeur comprise entre 0,20 et 0,30 mm, o la partie taillée étant en forme de tronc de cône dont la base est située du côté de la tête du foret, l'angle de conicité arrière de cette partie taillée est comprise entre 0,20 et 0,25 %, et o le détalonnage est inférieur ou égal au soixantième du diamètre extérieur d du corps principal. Cette disposition du corps principal du foret permet avantageusement de réduire les frottements des listels dans le trou percé, et par répercussion les couples de torsion exercés sur le foret et donc l'échauffement du foret et de la pièce en cours de percement. A titre purement illustratif, pour un corps principal de foret ayant un diamètre extérieur de 12,7 mm, le détalonnage est égal typiquement à 0,20 mm. A nouveau, ce détalonnage est mesuré pour un foret à l'état neuf. On entend par "angle de conicité arrière", l'angle décrit par la verticale au bec et la surface réelle de l'outil. - les becs du foret sont sans chanfrein, Cette caractéristique structurelle du foret vient s'ajouter à ses caractéristiques structurelles et géométriques décrites plus haut pour s'assurer que les listels sont bien les seules parties du foret en contact avec la paroi interne du perçage. La faible largeur des listels permet de réduire alors les frottements et le couple de torsion induit sur le foret. - l'angle de pointe du foret, correspondant à l'angle formé par les deux arêtes coupantes, est compris entre 140 et 150 degrés. Cette caractéristique permet avantageusement de réduire les bavures en sortie de trou et de répartir la charge de l'effort axial le long de chaque arête coupante. - le foret comprend deux trous de lubrification débouchant au niveau de la pointe, ces trous de lubrification étant droits, Ces trous de lubrification sont placés symétriquement par rapport à l'axe central de ce foret. - l'extrémité de chaque trou de lubrification placée dans la queue du foret comporte une portion évasée débouchant, l'extrémité de cette portion évasée ayant un diamètre d'au moins deux fois le diamètre de la portion de ce trou de lubrification placée dans le corps principal, De préférence, cette portion évasée est un tronc de cône inversé.
De préférence, l'extrémité de chaque trou de lubrification, placée dans la queue du foret est chanfreinée à 60° en entrée. - la queue de ce foret est cylindrique ou conique, De préférence, la queue du foret est une queue cylindrique, laquelle permet un meilleur centrage du foret et par conséquent une réduction des frottements du foret. - le foret est en carbure, De préférence, ce foret est en carbure micrograin comportant 10% de Cobalt et présentant une dureté de l'ordre de 1600 Vickers (Hv).
La taille des grains est avantageusement de l'ordre de 0,6 pm. - au moins l'extrémité radialement externe de chacune de ces arêtes coupantes est réalisée dans un matériau ayant une dureté au moins égale à 1500 Vickers tandis que la partie centrale dudit foret est réalisée dans un matériau résilient, Dans la partie centrale de ce foret, le matériau est donc plutôt résilient au détriment de sa dureté. A titre illustratif, une augmentation de la résilience est attendue par un choix de carbure approprié. Ainsi la pointe du centre de l'outil pourra accepter les chocs engendrés par la technique du perçage vibrant. Il s'agit donc avantageusement d'un foret présentant un gradient de composition chimique le long de ses arêtes coupantes. En effet, en utilisation en perçage vibrant, l'outil subit de nombreux chocs en son sommet. En présentant dans la partie centrale du foret un module de résilience augmenté dans une plage allant de 0% à 200%, on s'assure ainsi d'une bonne absorption des chocs induits par le perçage vibrant.
De plus, l'intersection entre l'arête coupante et les listels subit de nombreux frottements responsables de l'usure de la pointe du foret. La dureté de l'outil à cet endroit permet d'augmenter la durée de vie du foret. Comme il est bien connu, la résilience caractérise la résistance aux chocs d'un matériau et exprime le travail nécessaire pour rompre, par flexion sous l'effet d'un choc, une éprouvette portant une entaille de forme et de profondeur déterminées. De préférence, le foret est réalisé en carbure micrograin comprenant un ou plusieurs éléments additifs, le pourcentage de ce ou ces éléments additifs présents dans le carbure évolue radialement de l'axe central dudit foret vers l'extrémité radialement externe dudit foret de manière à présenter une dureté évolutive suivant le rayon dudit foret. Ainsi, et à titre illustratif, le foret étant réalisé en carbure micrograin à base de Cobalt, on pourra varier le pourcentage de Cobalt suivant le rayon du barreau de carbure avec un pourcentage croissant lorsqu'on s'éloigne du centre du foret de sorte à avoir une dureté évolutive suivant le rayon du barreau. De manière plus générale, le carbure micrograin comprendra un ou plusieurs éléments additifs choisis de façon à obtenir un gradient de propriétés le long de l'arête de coupe jusqu'au bec de l'outil coupant de sorte à présenter un gradient de caractéristiques mécaniques et thermiques pouvant supporter les contraintes thermomécaniques induites par le procédé de perçage vibrant. On augmente ainsi la durée de vie de l'outil coupant.
L'invention concerne également un système de perçage vibrant pour percer au moins une pièce. Selon l'invention, ce système de perçage vibrant est équipé d'un foret tel que décrit précédemment. De préférence, ce système de perçage vibrant comportant un porte- outil pour recevoir ledit foret, ledit système comporte des moyens pour faire vibrer ledit porte-outil. Il comporte de plus des moyens pour contrôler la fréquence de vibration dudit porte-outil. Alternativement, ladite au moins une pièce à percer étant reçue sur un porte-pièce, le système de perçage vibrant comporte des moyens pour faire vibrer ledit porte-pièce. Le porte-outil est alors fixe. L'invention concerne encore l'utilisation du foret tel que décrit précédemment pour du perçage vibrant. L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un foret à goujures droites selon un mode de réalisation particulier de l'invention; - la figure 2 est une de face de la pointe du foret de la Figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe selon l'axe A-A du foret de la Figure 1 montrant l'extrémité de la queue du foret; Les Figures 1 à 3 montrent un foret à goujures droites à trous de lubrification droits selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Ce foret comprend successivement de sa partie arrière vers sa partie avant, une queue 1 cylindrique pour l'entraînement de ce foret, un corps principal 2 et une pointe 3 comportant deux arêtes coupantes 4. L'extrémité libre de la queue comporte un chanfrein 5 pour faciliter l'introduction de ce foret dans le porte-outil d'une machine de perçage vibrant non représenté. Le corps principal 2 du foret 1 comporte deux lèvres et deux goujures 6, s'étendant en alternance autour de l'axe 7 depuis l'extrémité libre du foret, appelée pointe 3, ou encore tête du foret, opposée à la queue 1. Les lèvres et les goujures 6 sont droites. L'angle de pointe 8, ou angle formé entre les arêtes coupantes 4, est ici de 145° +1- 5°.
Chaque lèvre comporte un listel 9, destiné à glisser contre la paroi interne d'un trou à percer, chacun de ces listels 9 ayant une faible largeur comprise entre 0,2 et 0,3 mm. Chaque goujure 6 comporte une face de coupe principale, adjacente à un listel 9.
Chaque listel 9 est prolongé du côté de la pointe 3 du foret 1 par une arête coupante 4. Chaque bec du foret, qui est constitué par une intersection entre une arête coupante 4 et un bord d'attaque du listel 9 correspondant est dépourvu de chanfrein. De plus, le détalonnage est inférieur ou égal au soixantième du diamètre extérieur d du corps principal à l'état neuf. La partie taillée, ou ensemble pointe 3 et corps principal 2, étant en forme de tronc de cône dont la base est située du côté de la tête du foret, l'angle de conicité arrière de cette partie taillée est comprise entre 0,20 et 0,25 %.
Ainsi avantageusement, avec ces caractéristiques structurelles et géométriques, on s'assure que seules les portions des listels 9 situées au niveau de cette base sont en contact avec la surface intérieure cylindrique du trou percé. A titre purement illustratif, la longueur de l'ensemble formé par la pointe 3 et le corps principal 2 est ici de 105 mm, la longueur de goujure étant de 100 mm. Le diamètre extérieur du corps principal 2 est ici de 12,7 mm tandis que le diamètre de la queue 1 est de 14 mm. La largeur de l'âme à la pointe 3 du foret est de 0,4 mm tandis que le diamètre de l'âme dans ledit corps principal est compris entre 2,5 et 3,2 mm afin d'assurer une bonne résistance aux chocs. Par ailleurs, ce foret comprend deux trous 10 de lubrification droits débouchant au niveau de la pointe 3. Ces trous 10 sont placés symétriquement par rapport à l'axe central 7 du foret. Avantageusement, ils ont un diamètre au moins égal à entre 0,1 et 0,15 fois le diamètre D du corps principal. Cette augmentation du diamètre des trous de lubrification facilite la circulation d'air et/ou de lubrifiant. La Figure 3 montre une vue en coupe selon l'axe A-A du foret à goujures droites montrant les entrées de ces trous à l'extrémité libre 11 de la queue 1. Les entrées de ces trous 10 de lubrification sont chanfreinées à 60° avec des diamètres débouchants de 3,5 mm assurant ainsi une diminution des pertes de charge.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Foret comprenant successivement une queue (1) d'entraînement dudit foret, un corps principal (2) et une pointe (3) comportant au moins deux arêtes coupantes (4), ledit corps principal (2) comportant au moins deux lèvres séparées par deux goujures (6), chacune desdites lèvres comportant un listel (9), caractérisé en ce que lesdites goujures (6) étant droites, l'âme dudit foret a un diamètre au moins égal à 20% du diamètre extérieur d dudit corps principal et en ce que la largeur de ladite âme à ladite pointe (3) est comprise entre deux et cinq centièmes du diamètre extérieur d dudit corps principal (2).
  2. 2. Foret selon la revendication 1, caractérisé en ce que - chaque listel (9) a une largeur comprise entre 0,20 et 0,30 mm, - l'angle de conicité arrière dudit corps principal est compris entre 0,20 et 0,25 %, et en ce que - le détalonnage est inférieur ou égal au soixantième du diamètre extérieur d dudit corps principal.
  3. 3. Foret selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les becs dudit foret sont sans chanfrein.
  4. 4. Foret selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'angle de pointe (8) dudit foret est de 145° +1- 5°.
  5. 5. Foret selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit foret comprend deux trous (10) de lubrification débouchant au niveau de ladite pointe (3), lesdits trous (10) étant droits.
  6. 6. Foret selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins l'extrémité radialement externe de chacune desdites arêtes coupantes est réalisée dans un matériau ayant une dureté au moins égale à 1500 Vickers tandis que la partie centrale du foret est réalisée dans un matériau résilient.
  7. 7. Foret selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit foret est réalisé en carbure micrograin comprenant un ou plusieurs éléments additifs, le pourcentage de ce ou ces éléments additifs présents dans le carbure évoluant radialement de l'axe central dudit foret vers l'extrémité radialement externe dudit foret de manière à présenter une dureté évolutive suivant le rayon dudit foret.
  8. 8. Système de perçage vibrant pour percer au moins une pièce, caractérisé en ce que ledit système de perçage vibrant est équipé d'un foret selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
  9. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit système comportant un porte-outil pour recevoir ledit foret, il comporte des moyens pour faire vibrer ledit porte-outil.
  10. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite au moins une pièce à percer étant reçue sur un porte-pièce, ledit système comporte des moyens pour faire vibrer ledit porte-pièce.
  11. 11. Utilisation du foret selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour du perçage vibrant.
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