LU83605A1 - Piece rapportee de coupe - Google Patents

Description

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La présente invention concerne des pièces rapportées de coupe pour l'industrie de l'usinage des métaux et, en particulier, elle concerne une pièce rapportée de coupe en carbure cémenté à déplacement prédéterminé utilisée avec des porte-outils pour l'usinage de pièces de travail métalliques.

Il existe de nombreux types et configurations de pièces rapportées de coupe dans la technique de l'usinage des 4 métaux. On peut trouver certaines des configurations plus récen- * tes dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.973.307 de

McCreery et al. Dans ce brevet, on décrit une pièce rapportée ~ de coupe d'une nouvelle conception selon laquelle on considère que le contrôle des copeaux pourrait être effectué sans faire appel à des superstructures ou a des gorges moulées de fractionnement de copeaux qui pourraient entraver le passage des copeaux et accroître la consommation d'énergie.

Dans l'industrie de l’usinage des métaux, le contrôle des copeaux est-‘•très important. Au moment où le copeau se sépare de la pièce de travail, il est hautement souhaitable qu'il s'enroule tout d'abord avant de se détacher du copeau dont il est issu, de telle sorte que l'on obtienne des copeaux enroulés individuels et discrets qui assurent un environnement plus sain pour l'opérateur de la machine, tout en favorisent en outre une manipulation plus sûre des copeaux résiduaires lorsqu'ils doivent * être soumis à une manipulation ou un traitement ultérieur dans l'atelier d'usinage ou à un autre endroit.

Lorsqu’il est fait mention des copeaux enroulés, on utilise les expressions "serré” et "lâche". L'expression "serré" désigne l'état dans lequel les copeaux ont tendance à s'enrouler trop fortement et risquent de se fragmenter à une grosseur inférieure a celle souhaitée. D’autre part, l'expression "lâche" désigne des copeaux qui ne s'enroulent pas de manière idéale et peuvent se fragmenter en copeaux d'une grosseur supérieure a celle souhaitée. Dans certains intervalles, des copeaux serrés et des copeaux lâches peuvent être acceptables dans l'industrie de l'usinage des métaux, à moins qu'il ne soit fait mention de copeaux trop serrés ou trop lâches, auquel cas ces derniers sont alors inacceptables.

Le degré de resserrement du copeau enroulé influence la consommation d’énergie et la vitesse d'usure de la pièce rappor-. tée de coupe. A mesure que le degré de resserrement du copeau 1 enroulé augmente, la pression avec laquelle le copeau entre en contact avec la pièce rapportée s'élève, accentuant ainsi la i formation de cratères dans la zone de contact de la pièce rappor tée avec, pour conséquence, une plus grande consommation d'énergie et une durée de vie réduite de la pièce rapportée.

Les pièces rapportées selon les conceptions antérieures telles que celles faisant l'objet du brevet précité de McCreery et al., sont constituées d'un corps polygonal comportant des faces supérieure et inférieure réunies par une paroi périphérique. A la jonction d'une face et de la paroi périphérique, sont formés deux tranchants contigus et angulaires associés définissant un coin et à partir desquels un plat s'étend vers l'intérieur. Au bord intérieur de ce plat, est prévue une paroi descendante qui rejoint une face horizontale s'étendant vers le centre de l’a pièce rapportée.

, On a constaté que les pièces rapportées de cette classe générale étaient efficaces et permettaient un bon contrôle des copeaux dans une large gamme de vitesses, d'avances et de types de pièces de travail métalliques. Toutefois, lorsque ces pièces rapportées sont utilisées pour des opérations d'usinage en continu de longue durée sur une seule pièce de travail, le tranchant a tendance à se briser autour du coin ou du nez de la pièce rapportée. On pense que cett:e tendance à une rupture prématurée de la zone d'angle dans ces applications est due à une vitesse accrue

Ide la formation de cratères se produisant sur le plat et la paroi descendante en relation mutuelle angulaire à proximité du coin et derrière le tranchant assurant l’action de coupe. Un mécanisme possible expliquant la cause de cette formation accélérée de cratères est le suivant: A mesure qu’un copeau se forme au tranchant, il glisse le long de la paroi descendante et entre en contact avec la face horizontale en étant amené à s’enrouler. Toutefois, un problème survient dans la zone du nez ou du coin, c’est-à-dire à l'endroit où le plat et la paroi descendante du tranchant rejoignent le plat et la paroi descendante en relation angulaire adjacents qui, pour des raisons de clarté, sont alors désignés par plat latéral et paroi descendante latérale.

Le plat latéral et la paroi descendante latérale entravent le passage libre du copeau le long de la paroi descendant toute proche du tranchant. L'extrémité du copeau qui entre en contact avec.le plat latéral et la paroi descendante latérale, s'enroule en une boucle plus serrée que le reste du copeau se trouvant à l'écart de la zone d'angle. Dans la zone de contact entre le copeau d'une part, le plat latéral et la paroi descendar te latérale, d'autre part, il se crée des pressions de contact 1 supérieures à celles engendrées le long de la paroi descendante du tranchant. Il en résulte une vitesse de formation accrue de cratères dans cette zone de contact, ce qui a pour effet d'affaiblir la zone d'angle et de donner lieu à la tendance que l'on - observe dans cette dernière à être la première partie de la pièc« rapportée à subir une défaillance hu cours d'opérations d'usinage de longue durée.

Cette tendance à des défaillances prématurées dans la zone d'angle de la pièce rapportée au cours d'opérations d’usinaj de longue durée n'a pas été atténuée par l'adjonction d'un plat ou d'un gradin secondaire derrière la paroi descendante comme illustré dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 4.087·. 193 — ·. - ·

Bien que des protubérances aient été prévues antérieurement sur les pièces rapportées (voir, par exemple, le brevet des Etats-Unis d’Amérique N° 4.214.845), il est également à noter que ces protubérances n’ont pas été utilisées conjointement avec un plat secondaire dans le but d’assurer une réduction de la vitesse d’usure par formation de cratères sur le plat latéral et la paroi descendante, leur fonction principale consistant à faire office de gorges de fractionnement de copeaux.

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Suivant la présente invention, on confère, à une pièce rapportée en une matière dure et résistant à l’usure (de préférence, une pièce rapportée moulée constituée, par exemple, d’une matière céramique, d’un carbure métallique dur cémenté ou analogues) , une configuration assurant un enlèvement de métal plus efficace et une réduction de la vitesse d’usure par formation de cratères sur le plat latéral et la paroi descendante à proximité de la zone d’angle du tranchant.

Cette pièce rapportée comprend un corps polygonal comportant des faces supérieure et inférieure réunies par une paroi périphérique présentant des coins arrondis. A la jonction d’au moins une de ces faces avec la paroi périphérique, sont formés au moins deux tranchants en relation mutuelle angulaire. A chaque tranchant, est réuni un plat situé derrière ce dernier et qui s’étend vers l’intérieur en direction du centre du corps poly- 3 gonal. Au bord intérieur de chaque plat, est formée une paroi descendante qui s’étend également vers l’intérieur du tranchant du corps polygonal.

Dans la zone du coin, est formé un plat secondaire qui rejoint le bord intérieur de la paroi descendante et s’étend vers l’intérieur en direction du centre du corps polygonal. La largeur de ce plat secondaire atteint un maximum dans le coin et elle diminue à mesure que l’on s’éloigne de la zone d’angle. Au bord intérieur du plat secondaire, est réunie une paroi descendante* . secondaire qui s'étend vers l’intérieur à partir de ce plat pour se terminer en une jonction avec une face plane s'étendant également vers l'intérieur en direction du centre du corps."

Le plat secondaire est localisé à une hauteur secondaire au-dessus de la face plane. Cette hauteur secondaire varie autour de la périphérie de la pièce rapportée. Elle atteint un maximum dans la zone d’angle et elle diminue à mesure que le plat secondaire s’éloigne de cette dernière.

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En outre, une protubérance est localisée dans la zone d'angle. Cette protubérance a une hauteur suffisante pour s'élever au-dessus du niveau du plat secondaire.

Dans une forme de réalisation préférée de la présente invention, la largeur du plat secondaire diminue jusqu'à zéro en un point situé entre des coins adjacents.

Il est également préférable que la hauteur de ce plat secondaire diminue jusqu'à zéro en un point situé entre des coins y adjacents.

Dans une forme de réalisation préférée de la présente invention, cette' protubérance est séparée de la paroi descendante par le plat secondaire et elle est localisée de telle sorte qu'elle rejoigne celui-ci, la paroi descendante secondaire et la face plane.

11 est également préférable que la protubérance soit centrée sur une bissectrice du coin.

Il est de loin préférable que la protubérance soit située à une distance de 1,143 - 1,524 mm du tranchant d'angle, mesurée depuis ce dernier le long de la bissectrice jusqu'à un point de cette dernière où la protubérance rejoint le plat secondaire.

Il est également préférable que la hauteur maximum de la protubérance ne dépasse pas la hauteur du plat au-dessus de la face plane de plus de 0,05 mm et que cette protubérance ait la forme d’un segment d’un sphéroïde, de préférence, d’une sphère.

Selon une forme de réalisation également préférée de la présente invention, la largeur du plat atteint un minimum dans les zones d’angle.

En outre, il est préférable que le plat et la face plane soient pratiquement parallèles l’un à l’autre et que le plat soit pratiquement perpendiculaire à la paroi périphérique de la pièce rapportée de coupe.

j Dans les pièces rapportées de coupe dans lesquelles on adopte la configuration décrite ci-dessus, conjointement avec le plat secondaire dont la largeur et la hauteur diminuent progressivement à mesure que l’on s'éloigne du coin, la protubérance agit pour incliner le copeau dans la zone d'angle, réduisant ainsi la vitesse de formation de cratères sur le plat latéral et la paroi descendante latérale dans cette zone d'angle. Lorsque la protubérance et le plat secondaire sont disposés de la manière décrite ci-desslils, des opérations de coupe en profondeur donnent lieu à la formation d'un copeau conique dont l'extrémité de plus grand diamètre est éloignée du coin avec, pour résultat, une réduction de l'énergie requise par des pièces rapportées ayant les configurations décrites dans l'introduction ci-dessus.

En conséquence, un objet principal de la présente invention est de fournir une pièce rapportée de coupe comportant une protubérance d'angle et un plat secondaire à section décroissante dont la configuration est étudiée de façon à réduire la vitesse d'usure par formation de cratères sur le plat latéral et la paroi descendante latérale dans la zone d’angle de la pièce rapportée.

Un autre objet de la présente invention est de fournir une pièce rapportée de coupe comportant une protubérance et un plat secondaire à section décroissante dont la configuration est étudiée de façon à réduire la consommation d'énergie de la .pièce / rapportée de coupe.

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La nature exacte de la présente invention apparaîtra plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-après donnée en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue isométrique d'une forme de réalisation d'une pièce rapportée de coupe suivant la présente invention; . la figure 2 est une vue par le dessus d'une zone d’angle de la pièce rapportée de coupe illustrée en figure 1; la figure 3 est une coupe transversale de la zone d'angle illustrée en figure 2, cette coupe étant prise le long de la bissectrice B-B de l'angle de coin C; et la figure 4 est une coupe transversale partielle de la pièce rapportée de coupe illustrée en figure 1, cette coupe étant prise entre deux coins adjacents et suivant les lignes IV-IV de cette figure.

En se référant à ces dessins d'une manière quelque peu - plus détailléejT la figuré 1 illustre une forme de réalisation d'une pièce rapportée de coupe suivant la présente invention.

Cette pièce rapportée comprend un corps polygonal 51 comportant une face supérieure 53 et une face inférieure 55 réunies par une paroi périphérique 57 comportant des coins arrondis 59. A la jonction d'au moins une de ces faces avec la paroi périphérique 5' sont formés au moins deux tranchants en relation mutuelle angulaire 61. A chaque tranchant 61, est réuni un plat 63 situé derrière celui-ci et qui s’étend vers l'intérieur en direction du centre du corps polygonal 51.

Au bord intérieur de chaque plat 63, sont formées une paroi descendante 65 située entre des coins adjacents et une paro descendante 66 située dans les zones d'angle, ces parois s'étenda vers l'intérieur des tranchants 61 du corps polygonal 51. Dans la zone du coin 59, est formé un plat secondaire 67 qui rejoint l’intérieur en direction du centre du corps polygonal 51.

La largeur du plat secondaire 67 atteint un maximum dans les zones d'angle 59 et elle diminue progressivement jusqu'à zéro en un point situé entre des coins adjacents. Au bord intérieur du plat secondaire 67, est' réunie une paroi descendante secondaire 69 qui s’étend vers l’intérieur à partir de ce plat secondaire 67 pour se terminer en une jonction avec une face plane 71 s'étendant également vers l’intérieur en direction du centre du corps 51.

Au centre du corps polygonal 51, peut être pratiquée une perforation 73 établissant une communication entre la face supérieure 53 et la face inférieure 55. Cette perforation 73 sert à engager une broche de verrouillage (non représentée) destinée à assujettir fermement la pièce rapportée de coupe sur le corps d'un porte-outil.

En ce qui concerne le plat secondaire 67, comme on peut le constater en'figure 1, ce dernier est situé à une certaine hauteur au-dessus de la.face plane 71. Cette hauteur varie autour de la périphérie de la pièce rapportée et elle atteint un maximum dans les zones d'angle 59, pour diminuer jusqu'à zéro en un point situé entre des coins adjacents 59.

Dans la forme de réalisation illustrée en figure 1, on peut constater que la hauteur et la largeur du plat secondaire 67 diminuent toutes deux jusqu'à zéro en un point situé entre des coins adjacents. Toutefois, bien que cette caractéristique ne soit pas illustrée en figure 1, le cadre de la présente invention englobe une forme de réalisation dans laquelle la hauteur et la largeur du plat secondaire 67 diminuent jusqu'à certaines valeurs minimales autres que zéro entre les coins. En variante, la hauteur du plat secondaire 0? peut diminuer jusqu'à zéro à une largeur finie autre que zéro ou la largeur de ce plat secondaire peut

En outre, comme le montre la figure 1, une protubérance 75 est localisée dans chaque zone d’angle 59. Cette protubérance a une hauteur suffisante pour s’élever au-dessus du niveau du plat secondaire 67. Comme le montre la figure 1, dans une forme de réalisation préférée de' la présente invention, la protubérance est séparée de la paroi descendante 65 par le plat secondaire 67. La protubérance 75 doit être localisée de telle sorte qu’elle rejoigne le plat secondaire 67, la paroi descendante secondaire 69 et la face plane 71.

En se référant à présent à la figure 2 qui est une vue « agrandie d’une des zones d’angle 59, on peut constater que la protubérance 75 est, de préférence, centrée sur une bissectrice B-B de l’angle de coin C formé par les tranchants adjacents en relation mutuelle angulaire 61. Il est de loin préférable que la protubérance soit située à une distance de 1,143 - 1,524 mm du tranchant d’angle 72, mesurée depuis ce dernier le long de la bissectrice B-B jusqu’à un point de cette dernière où la protubérance 75 rejoint le plat secondaire 67.

La position qu’occupe la protubérance derrière le - T·' tranchant est critique car, si elle est trop éloignée de ce dernier, elle ne permet pas de contrôler le copeau ou elle soulève celui-ci tandis que, si elle est trop rapprochée du tranchant, elle aura tendance à presser le copeau qui sera ainsi trop serré.

Il est également préférable que la hauteur maximum de la protubérance ne dépasse pas de plus de 0,05 mm la hauteur du plat 63 au-dessus de la face plane 71 et que cette protubérance ait la forme d’un segment d’un sphéroïde, de préférence, d’une sphère.

Ces relations mutuelles sont illustrées plus clairement en figure 3 qui est une coupe transversale prise suivant la bissectrice B-B à travers la zone d’angle. Comme le montre cette

un rayon r qui intersecte le plat secondaire 67 et la face B

plane 71. B

La hauteur maximum de la protubérance 75, ou le centre B de la sphère constituant cette dernière, est situé à une distan- B ce Y derrière le tranchant d'angle.' De préférence, Y est situé B à 1,651 - 2,032 mm du tranchant d'angle. B

En se référant à présent aux figures 3 et 4, la largeur B du plat 63 du tranchant peut varier entre les zones d'angle et B les zones situées entre des coins adjacents dont la figure 4 est unB coupe transversale représentative. Il est à noter que la largeur B

du plat 63 peut être à un minimum dans les zones d'angle. Cette B

remarque est particulièrement valable pour les pièces rapportées I

de coupe destinées à être utilisées pour de légères entailles. I

Pour des pièces rapportées de coupe dont on exige un plus grand B

rendement, la largeur du plat peut être égale entre les coins et B

les zones situées à proximité immédiate de ces derniers. En ce fl

qui concerne la forme de réalisation de la pièce rapportée de B

coupe illustrée dans les figures 3 et 4, la largeur L2 du plat .B • entre des coins adjacents se situe, de préférence, dans l'inter- fl valle allant de 0,025 à 0,035 mm, mais elle peut être supérieure I pour des pièces rapportées à grand rendement. La largeur LI du I plat situe dans les zones d'angle 59 doit se situer dans l'inter- B valle allant de 0,127 à 0,228 mm, mais elle peut être égale à la fl largeur L2 dlans les pièces rapportées de coupe à grand rendement. '1 De> préférence, la hauteur T1 du tranchant au-dessus de la face plaide 71 est d’environ 0,254 mm, mais elle peut varier I

sensiblement, en fonction des applications dans lesquelles la pièce rapportée d<^ coupe doit être utilisée. La hauteur (illustrée en T2· dans les dessins) à laquelle le plat secondaire 67 des coins est I situé au-dessus de la face plane 71, doit atteindre à peu près la I moitié de 1¾ hauteur T1 du plat 63 au-dessus de cette face plane 71· , - 1 fc ~ «

Toutefois, il est à noter que la largeur et la hauteur du plat secondaire 67 diminuent à mesure qu’il s'éloigne des coins. Cette caractéristique est illustrée le plus clairement dans les figures 1 et 4.

En figure 3, on peut constater que la paroi descendante 66 forme un angle E avec le plat 63 du tranchant. Cet angle E • est nominalement de 25 degrés, mais il peut varier sensiblement en fonction de l'application envisagée afin de faciliter l'obtention de copeaux ayant les grosseurs désirées. A l'écart des coins, l'angle que forme la paroi descendante 65 avec le plat 63 du tranchant, n'est pas aussi accentué que l'angle E formé dans les coins. Comme le montre la figure 4, cet angle D doit être d'environ 20°. Cet angle peut également être modifié pour contrôler la grosseur des copeaux dans des applications spécifiques.

Comme le montrent les figures 3 et 4, le plat 63 doit être pratiquement parallèle à la face plane 71 et pratiquement perpendiculaire“à la paroi périphérique 57. Il est également préférable que le plat secondaire 67 soit pratiquement parallèle au plat 63. *

Le plat secondaire 67 contribue à contrôler là configuration des copeaux conjointement avec la protubérance 75, ainsi . que l'angle et la hauteur de la paroi descendante 65, 66 et du plat 63 respectivement. Dans les zones d'angle 59,-le plat secondaire 67 coopère avec la protubérance 75 pour soulever l'extrémité précitée du copeau. Le plat secondaire situé dans la zone comprise entre les coins 59 pourrait s'opposer à ce soulèvement du copeau si le plat secondaire 67 situé entre les coins avait une largeur et une hauteur égales à celles qu’il présente dans les coins. Toutefois, en réduisant la hauteur et la largeur du plat secondaire 67 dans la zone située entre les coins de telle sorte que le copeau puisse basculer plus librement vers le haut dans le - 13 - • * we * la protubérance 75 coopèrent pour réduire la vitesse d’usure par formation de cratères sur la paroi descendante latérale et lé plat latéral du tranchant en formant un copeau conique à d’importantes profondeurs de coupe.

Des modifications peuvent être apportées dans le cadre ' des revendications ci-après.

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Claims (12)

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1. Pièce rapportée de coupe, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps polygonal comportant des faces supérieure et inférieure réunies par une paroi périphérique présentant des coins arrondis; au moins deux tranchants en relation mutuelle angulaire formés à la jonction d'au moins une de ces faces avec la paroi périphérique; un plat s'étendant vers l'intérieur en * direction du centre du corps à partir du tranchant précité; une ï paroi descendante rejoignant un bord intérieur du plat et s'étendant vers l'intérieur du tranchant du corps polygonal; un plat .secondaire situé dans la zone du coin précité, rejoignant un bord intérieur de la paroi descendante et s'étendant vers l'intérieur en direction du centre du corps polygonal; ce plat secondaire ayant une largeur qui atteint un maximum dans le coin, pour diminuer ensuite à mesure que le plat secondaire s'éloigne de ce dernier; une paroi descendante secondaire rejoignant le plat secondaire à partir duquel elle s’étend vers l'intérieur; une face plane rejoignant la paroi descendante secondaire et s'étendant vers l'intérieur en direction du centre du corps; ce plat secondaire étant situé à une hauteur secondaire au-dessus de la face plane; cette hauteur secondaire atteignant un maximum dans la zone d'angle, pour diminuer ensuite à mesure que le plat secon daire s'éloigne du coin; ainsi qu’une protubérance située dans la zone d'angle et s'élevant au-dessus du plat secondaire.

2. Pièce rapportée de coupe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur du plat secondaire diminue jusqu'à zéro en un point situé entre des coins adjacents.

3. Pièce rapportée de coupe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la hauteur secondaire du plat secondaire diminue jusqu'à zéro en un point situé entre des coins adjacents.

4. Pièce rapportée de coupe suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la hauteur secondaire du plat secondaire J» w - io -

5. Pièce rapportée de coupe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la protubérance est réunie au plat secondaire, à la paroi descendante secondaire et à la face plane, tandis qu'elle est séparée de la paroi descendante par le plat secondaire.

6. Pièce rapportée de coupe suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'une seule protubérance est localisée dans le coin en étant centrée sur une bissectrice de ce dernier.

7. Pièce rapportée de coupe suivant la revendication 6, caractérisée en ce que cette protubérance est située à une distance de 1,143 - 1,524 mm du tranchant d'angle, mesurée depuis ce dernier le long de la bissectrice jusqu'à un point de cette dernière où la protubérance rejoint le plat secondaire.

8. Pièce rapportée de coupe suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la protubérance est située, au-dessus de la face plane,' à une hauteur maximum qui est inférieure à la hauteur à laquelle le plat s'étend au-dessus de cette face plane plus 0,05 mm.ί

9. Pièce rapportée de coupe suivant la revendication 5, caractérisée en ce que la protubérance est un segment d'un, sphéroïde.

10. Pièce rapportée de coupe suivant l'une quelconque * des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la largeur du plat atteint un minimum dans les zones d'angle.

11. Pièce rapportée de coupe suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le plat et la face plane sont pratiquement parallèles l'un à l'autre.

12. Pièce rapportée de coupe suivant la revendication 11, caractérisée en ce que le plat est pratiquement perpendiculaire à la paroi périphérique.