WO2015079183A1 - Plaquette de coupe, outil de coupe avec une telle plaquette et procédés de fabrication et de réparation d'un tel outil - Google Patents

Plaquette de coupe, outil de coupe avec une telle plaquette et procédés de fabrication et de réparation d'un tel outil Download PDF

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    • C04B2237/55—Pre-treatments of a coated or not coated substrate other than oxidation treatment in order to form an active joining layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/60—Forming at the joining interface or in the joining layer specific reaction phases or zones, e.g. diffusion of reactive species from the interlayer to the substrate or from a substrate to the joining interface, carbide forming at the joining interface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/72—Forming laminates or joined articles comprising at least two interlayers directly next to each other

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of cutting tools used for machining or cutting wood and / or composite materials based on wood and derivatives.
  • the invention more particularly relates to a method of manufacturing cutting tools and a method of repairing such cutting tools.
  • the present invention also relates to the manufacture of cutting inserts, fixed on a tool body.
  • Cutting tools used to work with wood-based composite materials have inserts often made with a diamond powder mechanically bonded to a substrate, for example a metal carbide. The cutting inserts are then cut in this subassembly, to be then brazed to a tool body.
  • the brazing is carried out at low temperature and at atmospheric pressure using a brazing alloy for example based on copper and silver.
  • An electrical sharpening is then carried out, for example by electroerosion of the cutting inserts fixed on the tool body.
  • the ceramic materials used have a very low coefficient of thermal expansion compared to that of steel, favoring the appearance of stress of mechanical origin during cooling.
  • the high brazing temperature can also cause the steel to become soaked, leading to an alteration of the mechanical properties of the material and consequently of the cutting tool.
  • brazing of all the cutting inserts must be carried out simultaneously, which means that they must be held on the tool body with tools specially developed for each different geometry of the tool.
  • a cutting tool comprises cutting inserts, in cermet, which are fixed on a tool body, for example by brazing. Prior to the brazing operation, the surfaces to be assembled using a solder alloy, are cleaned by electrolysis and chemically treated. A metal coating is also performed on these faces.
  • the implementation examples described allow low-temperature brazing and the use of standard brazing alloys, the fact remains that these examples are based firstly on suitable cermets. electrolysis and secondly the use of a chemical surface treatment.
  • EP 0 104 063 a method of manufacturing a boron nitride element, attached to a carbide support.
  • This method relates specifically to a nitride which is part of the non-oxide ceramics and further which is a compound formed from a powder of crystals agglomerated in a metal matrix; it does not allow applications to cutting tools for highly abrasive materials such as wood, especially reconstituted wood or particle composite.
  • Such a cubic boron nitride compound does not present any particular brazing difficulties because of its composite nature.
  • the object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art by developing a tool for cutting or machining wood and / or composite materials based on wood, comprising ceramic oxide cutting tips, having the physical characteristics required for the machining of wood: thermodynamic stability, hardness and homogeneity, among others.
  • Another object of the present invention is to develop a process for manufacturing and repairing a cutting or machining tool that can be implemented quickly and economically, and in particular a method for manufacturing cutting inserts under the form of oxide ceramic cutting inserts integral with a metal substrate, and intended to be fixed on a tool body.
  • the invention relates to a cutting insert for brazing to a cutting tool body and having, superimposed and assembled, a platelet-shaped metal substrate with a fastening surface to the body of the tool.
  • a high temperature brazing alloy layer is a silver-copper alloy with more than 50% by volume of silver or an alloy.
  • the metal substrate is connected to the brazing alloy layer via a metal layer.
  • the metal substrate is made of steel, nickel-plated steel or tungsten carbide of specific grade.
  • the ceramic plate is alumina, zirconia, yttria zirconia.
  • the high-temperature brazing alloy is an Ag-Cu silver-copper alloy with more than 50% Ag silver volume or an Ag-Cu alloy with addition of Zn, Mn and Ni.
  • the invention also relates to a cutting tool composed of a tool body whose active surface is lined with cutting inserts as defined above, these cutting inserts being connected to the tool body by an alloy brazing low temperature.
  • the low temperature brazing alloy of the cutting tool according to the invention is advantageously a silver-copper Ag-Cu alloy having at least 60% by volume of silver Ag.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a cutting tool comprising a metal body to be mounted on a machine and at least one cutting insert integral with the tool body, of fixing the cutting insert on the metal tool body, characterized in that it consists in using a plate made with at least one oxide ceramic, chosen from a family of ceramic shades comprising alumina in pure alpha form or pure tetragonal yttrium zirconia, or a partially stabilized yttria-alumina-zirconium composite with at least 10% m zirconia, or unstabilized pure alumina-zirconia with not more than 16% m zirconia or a zirconia-alumina composite with at least 20% m.
  • oxide ceramic chosen from a family of ceramic shades comprising alumina in pure alpha form or pure tetragonal yttrium zirconia, or a partially stabilized yttria-alumina-zirconium composite with at least 10% m zirconia, or unstabilized
  • the ceramic plate and the metal substrate plate made of a material selected from tungsten carbide and the steel, tungsten carbide composite with at least 10% m cobalt and nickel-plated steel (C45), in particular based on steel (16MnCrl 5) or steel (C45), and a deposit a metal layer between the ceramic plate and the first solder alloy; braze the ceramic plate on the substrate plate by vacuum brazing, at high temperature, with the first solder alloy: the high temperature solder alloy is a silver-copper alloy with more than 50% by volume of silver or an alloy.
  • a layer of metallic material is deposited on one of the faces of the ceramic plate and on one of the faces of the substrate plate, these faces being brought into contact with the first solder alloy.
  • the first solder alloy is a sheet, and during step b), a layer of metallic material is deposited on both sides of the sheet of first solder alloy, these two faces being respectively brought into contact with one of the faces of the ceramic plate and one of the faces of the substrate plate.
  • the metallization of step b) consists in applying a layer of metallic paint.
  • a silver-copper alloy comprising less than 60% silver by volume is used as a low-temperature brazing alloy.
  • the vacuum brazing of step c) at high temperature is carried out at a temperature of between 760 ° C. and 820 ° C.
  • the brazing at atmospheric pressure of step e) is at a temperature between 560 ° C and 620 ° C.
  • the manufacturing method according to the invention uses a soldering flux to treat the corresponding faces prior to brazing at atmospheric pressure.
  • the cutting inserts fixed on the tool body are mechanically sharpened using an abrasive grinding wheel.
  • the invention also relates to a method of repairing a cutting tool obtained according to the manufacturing method described above, to replace a deteriorated cutting insert, characterized in that it consists of:
  • the heating of the cutting tool is done locally by electromagnetic induction.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a cutting insert based on a ceramic oxide material, intended to be secured to a metal body to form a cutting or machining tool, characterized in that it consists of:
  • the cutting insert is cut using a high-pressure water jet, a laser or a diamond abrasive disc.
  • a high-pressure water jet a laser or a diamond abrasive disc.
  • it is easy to replace a worn or damaged cutting insert.
  • the connections of the other cutting inserts are not altered because the repair step is carried out locally and at low temperature.
  • the repair and maintenance is performed at ambient temperature and at atmospheric pressure, without the need for specific facilities such as an oven or an installation to create a vacuum. This results in a substantially lower maintenance cost.
  • Attaching the cutting inserts to the tool body at low temperatures reduces the risk of soaking the tool body.
  • the machined edges obtained with the tools according to the invention are sufficiently precise and rectilinear in terms of surface quality and machining result, in particular on machined parts made of wood-based composite material.
  • tool repairers are not obliged to equip themselves with a high temperature oven and producing a vacuum. All they have to do is get supplies of ceramic-substrate plates, which will then be cut.
  • the replacement of a plurality of damaged cutting inserts on a tool according to the invention is carried out individually and successively using, for example, the same holding means of the robotic arm type.
  • a tool of complex shape can thus be repaired in a way as economical as a tool of simple form.
  • the bond obtained by high temperature brazing under vacuum is more suitable for bonding dissimilar materials such as a ceramic material and a metal substrate. It then becomes possible to choose a ceramic material from a large number of ceramic oxide grades.
  • FIG. 1 is a diagrammatic sectional view on an enlarged scale of a first embodiment of a cutting insert according to the invention
  • FIG. 2 is a sectional view similar to that of FIG. 1 of an alternative embodiment of a cutting insert
  • FIG. 3 is a sectional view of a tool equipped with a cutting insert according to the invention
  • FIG. 4 is a schematic representation of an exemplary cutting tool, according to the invention.
  • - Figure 5 is a plan view of a saw blade according to the invention
  • - Figure 6 is an axial sectional view of a finishing cutter according to the invention
  • FIG. 7 is a plan view of a shredder according to the invention comprising two types of cutting inserts of different size and dimensions;
  • FIG. 8 is a plan view of a router bit according to the invention.
  • the invention relates to a cutting insert 1 shown schematically and on a very enlarged scale, in section.
  • the direction D is that of the thickness of the wafer 1.
  • the wafer 1 consists of a metal substrate 1 1 having a fixing surface 11a for fixing the wafer 1 to the body of the cutting tool and a brazing surface 1 1b.
  • the brazing surface 1 1b is covered by a layer of high-temperature brazing alloy 12 itself covered or connected to a ceramic wafer 14 via a metal layer 13. All of these elements 1 1, 12, 13, 14, brazed together to a substantially parallelepipedal shape, the ceramic wafer 14 covering the surface of the metal substrate 1 1.
  • the one or more faces of the wafer 1 are sharpened, if necessary (the sharpened surface for example reference la).
  • FIG. 2 is a sectional view similar to that of FIG. 1 of an alternative cutting insert 1 'which differs from the wafer 1 of FIG. 1 only in the presence of a second metallic layer 15 between the fixing surface 11a of the metal substrate 1 1 and the high temperature solder alloy layer 12.
  • the other elements are identical or similar to those of Figure 1 and have the same references. Their description will not be repeated.
  • the metal substrate 1 1 is a steel plate, nickel-plated steel C45, tungsten carbide WC-Co.
  • the high temperature solder alloy layer 12 is a silver-copper Ag-Cu alloy having a silver content greater than 50% by volume or an alloy 49Ag 27.5Cu 20.5Zn 2.5Mn 0.5Ni. It may be an Ag-Cu alloy with addition of Zn, Mn and Ni.
  • the ceramic wafer 14 is made of 01-Al2O3 alumina or YTtriated zirconia 3Y-ZrO2.
  • FIG. 3 shows very schematically and in greatly enlarged scale section, a cutting tool 100 at the location 102 of the cutting insert 1.
  • This tool 100 comprises several or many cutting inserts according to the work to be done with the tool 100.
  • This low-temperature brazing alloy 16 is a silver-copper Ag-Cu alloy having at least 60% by volume silver Ag.
  • the plates 1, 1 ' are obtained by cutting plates of larger dimensions having the same structure. layer that platelets 1, 1 'described above and the manufacturing process will be described with reference to Figures 9 to 1 1.
  • FIG. 4 shows a cutter-shaped tool 10 having an axis xx whose cylindrical body 11 is provided with cutting inserts 1 12 according to the invention.
  • These cutting inserts 1 12 are rectangular or square similar to the plates 1, 1 'of Figures 1-3. Only two plates are represented, whereas in fact the body 1 1 1 of the tool comprises several plates 1 12 distributed regularly around the periphery but also in the direction of the axis of rotation xx, for example by a staggered arrangement of a platelet ring to another, to regulate and densify the peripheral distribution of platelets and give the mill 1 10 a height of Hl corresponding to the axial length of platelet distribution 1 12.
  • the plates 1 12 are connected to the body 1 1 1 by a solder like that of Figure 3 made using a low temperature solder alloy for local de-grinding of a cutting board 1 12, damaged and its replacement by a new plate 1 12 which will be fixed by local soldering.
  • FIG. 5 is a plan view of a circular saw disc 120 formed of a body 121 with a fixing hole 122 and peripheral teeth 123 each provided with a cutting insert 124. These plates 124 are fixed to the teeth 123 by low temperature solders according to the invention, allowing local soldering / debrushing.
  • FIG. 6 shows an axial sectional view (axis xx) of a milling cutter 130, for example a finishing mill formed of a hub 131 provided with a bore 132 for its installation on a machine shaft.
  • the hub 131 carries a stack of milling discs 133-1, 133-2, 133-3 separated by wedges 134-1, 134-2 depending on the application, that is to say, for example thickness of the plate or workpiece with the cutter.
  • the disks 133-1, 133-2, 133-3 are similar to saw disks provided with peripheral teeth 135 each having a cutting insert 136.
  • the disks 131-1, 131-2, 131-3 are, except exception, identical, locked in rotation around the axis xx and preferably angularly offset from each other around the axis xx for that this mill is as balanced as possible in rotation around its axis.
  • the finishing cutter 130 installed on the machine shaft only works with one cutter disc at a time.
  • the cutter is positioned so that the cutter disk is put in the active position by moving the shaft along the axis xx. Once the pads 136 of the bur disk (133-n) are worn, the shaft is moved longitudinally along its axis xx by one increment to position another disk 133-n at the appropriate location and work with this disk and so on until all the discs (or their cutting insert) are worn. Only then is the milling cutter replaced by a new milling cutter.
  • Figure 7 shows another tool 140 such as a chipping tool 140 similar to a circular saw blade.
  • This tool 140 has a body 141 with a mounting hole 142 and rotational locking holes 143.
  • the periphery of the body carries a large number of teeth 144 provided with two sets of cutting inserts 145a, 145b of different sizes.
  • These cutting inserts 145a, 145b are attached to the teeth 144 by low temperature solders facilitating not only the manufacture but also the repair of damaged or removed teeth to replace them with new pads.
  • Figure 8 is a plan view of a router bit 150 formed of a body 151 with three teeth 152 each provided with a cutting insert 153 fixed by a low temperature solder.
  • FIGS. 5 to 8 schematically represent the cutting tool according to the invention, which is a circular saw blade 120, a slotting blade, a finishing cutter 130, a shredder 140, a cutter 150, a boring milling tool, a milling tool with a shank, a bit, or any other tool for working wood or composite materials, by removal of material.
  • the same cutting tool may comprise several plates also called inserts, brazed to the tool body at angles and positions specific to the tool application.
  • the same cutting tool may comprise platelets or inserts 1, 1 'of different compositions or of different dimensions as shown in FIG. 7 which may all be soldered to the tool body 141 during the same step, or during two successive soldering steps.
  • the first brazing is carried out at a first temperature adapted to an insert of a given composition
  • the second brazing is performed at another temperature adapted to an insert having another composition, this second temperature being less than the first not to damage the previous brazing.
  • Figures 9 to 1 1 show different stages of manufacture of a cutting insert 1, 1 'for a metal tool body to be mounted on a machine and at least one cutting insert integral with the tool body.
  • FIGS. 9 to 11 For the description of the process, the steps of which are shown diagrammatically in FIGS. 9 to 11, reference will also be made to the very simplified FIGS. 1 to 3 for the elements of the structure of the cutting insert 1, 1 '. The numerical references of these elements will be repeated followed by the suffix A for the purposes of the description without these references will not all be reported in FIGS. 9 to 11.
  • the metal plate of the substrate will bear the reference 1 1 A
  • the ceramic plate will bear the reference 14A
  • the high temperature brazing alloy will bear the reference 12A
  • the first metallization layer 13A reference and the second layer of metallization the reference 15A.
  • the different parts have their reference suffixed with the suffix A since they are the composition elements which are then found in the cutting inserts 1, 1 '.
  • These pads are also called “inserts" since these cutting pads are attached to the tool body 101 by solders 16.
  • a ceramic plate 14A and a metal substrate plate 11A of substantially the same dimensions are used.
  • the ceramic plate 14A is preferably made with at least one oxide ceramic shade, selected from a family of ceramic grades including alumina and the yttriated zirconia 3Y-ZrO 2 or a mixture of such oxide ceramic grades.
  • the metal substrate plate 1 1A is preferably made of a material chosen from tungsten carbide and steel, in particular WC-Co tungsten carbide and nickel-plated C45 steel.
  • the ceramic plate 14A and the metal substrate plate 1 1A preferably each have a thickness of between 0.5 and 5 millimeters, and more preferably a thickness of about 3 millimeters.
  • a layer of a metallic material is deposited between the ceramic plate 21 and a first brazing alloy which will be used during a subsequent brazing step c). This layer of metallic material is deposited on at least one of the faces in contact during step c).
  • a layer of a metallic material is deposited between the metal substrate plate 1 1A and the first solder alloy 15A.
  • this layer of metallic material is deposited on at least one of the faces coming into contact during step c).
  • this metallic material preferably in the form of a paint, is carried out by any known means.
  • the ceramic plate 14A is coated on one of its faces 6 with a layer of a metallic material for metallization purposes as well as one of the faces of the metal substrate plate 1 1 A.
  • this brazing alloy foil is coated on both sides with a layer of a metallic material for metallization purposes.
  • this alloy sheet brazing may be coated on one of its faces with a layer of a metallic material for metallization purposes, while the ceramic plate 14A or the metal substrate plate 1 1A intended to be in contact with the non-metallized face of said brazing alloy sheet may also be coated on one of its faces or with a layer of a metallic material.
  • the ceramic plate 14A is fixed to the substrate plate 1 1A by vacuum brazing and at high temperature.
  • This brazing is carried out using a high temperature solder alloy 15A, for example a silver-copper alloy preferably comprising more than 50% silver by volume or a silver-indium-titanium alloy.
  • the brazing under vacuum at high temperature for example is made at a temperature between 760 ° C and 820 ° C.
  • the wafer 1, 1 ' is rectified by removal of material, especially for sharpening the wafer 3, to give an angle of inclination to the upper face of the ceramic wafer 14, and / or reduce at least one dimension of the wafer 1, 1 '.
  • the wafer 1, 1 ' has a thickness preferably between 0.5 and 5 millimeters, and more preferably a thickness of about 3 millimeters.
  • the wafer 1, 1 ' is fixed on the tool body 101 by brazing at atmospheric pressure, at low temperature, so as to secure the substrate 1 1 to the tool body. 101.
  • This brazing is carried out by means of the low-temperature brazing alloy, for example a silver-copper alloy preferably comprising less than 60% silver by volume, at atmospheric pressure and at low temperature, for example between 560 ° C. and 620 ° C.
  • a temperature of less than 650 ° C. and a high temperature of above 750 ° C. are considered low.
  • This operation does not require prior metallization of the surfaces to be brazed, but it is possible to use a soldering flux to treat the corresponding faces before brazing at atmospheric pressure.
  • the tool body 101 is for example based on 16MnCr5 steel or C45 steel, capable of oxidation, which is detrimental to soldering.
  • the thin oxide layer can be removed before soldering by filing and passing a flux; this stripper can be applied by painting.
  • the manufacture of a cutting tool 100 is a mechanical sharpening of the cutting inserts 1 ', 1' fixed on the tool body 101, for example using an abrasive wheel.
  • the invention also relates to a method of repairing a cutting tool 100 obtained according to the manufacturing method described above.
  • This repair method consists in a first step of locally heating, at atmospheric pressure, the tool 100 to destroy the solder 16 between the substrate 1 1 of the damaged cutting insert 1, 1 'and the tool body 102, then attaching a new cutting insert 1, 1 'to the tool body 102 using local brazing, at atmospheric pressure and at low temperature.
  • the low temperature brazing alloy 16 is used to secure the substrate 1 1 of the new cutting insert 1, 1 'to the tool body 102.
  • the local heating of the cutting tool 100 is preferably effected by electromagnetic induction.
  • a ceramic plate composed of 100% alumina 01-Al2O3 is coated on one of its faces with a layer of metallic paint.
  • a metal plate of WC-Co tungsten carbide with at least 30% m Co of the same dimensions is also coated on one of its faces with a layer of metallic paint.
  • the metallized face of the ceramic plate is then fixed under vacuum and at 810 ° C. to the metallized face of the tungsten carbide metal plate by means of a soldering operation.
  • This brazing is carried out using a silver-copper alloying alloy comprising more than 50% silver and in particular 72% Ag by volume.
  • the assembly thus obtained is then cut into cutting inserts by means of a jet of pressurized water, a laser or a diamond disc.
  • Inserts each having a cutting insert are then secured by their substrate to the tool body by means of brazing at atmospheric pressure and at a temperature between 560 ° C and 620 ° C.
  • This soldering is performed on an electromagnetic inductor using a silver-copper alloying alloy comprising less than 60% silver by volume.
  • a ceramic plate composed of 100% yttrie yttrie 3Y-ZrO 2 is coated on one of its faces with a layer of metallic paint.
  • a nickel plated steel plate C45 of the same dimensions is also coated on one of its faces with a layer of metallic paint.
  • the metallized face of the ceramic plate is then fixed under vacuum at 780 ° C. on the metallized face of the steel plate. soldering by means of silver-copper solder alloy comprising more than 50% silver by volume.
  • the assembly thus obtained is then cut into cutting inserts by means of a jet of pressurized water, a laser or a diamond disk.
  • Inserts each having a cutting insert are then secured by their substrate to the tool body by brazing at atmospheric pressure and at a temperature between 560 ° C and 620 ° C.
  • This soldering is performed on an electromagnetic inductor using a silver-copper solder alloy comprising less than 60% silver by volume.
  • a ceramic plate composed of 90% alumina O1-Al2O3 and 10% ZrO2 zirconia coated on one of its faces with a layer of metallic paint and a WC-30Co tungsten metal plate of the same dimensions is used. from its faces a layer of metallic paint.
  • the metallized face of the ceramic plate is then fixed under vacuum at 800 ° C. to the metallized face of the tungsten metal plate by soldering using a silver-copper alloy comprising more than 50% silver by volume.
  • the assembly thus obtained is cut into cutting inserts by means of a jet of pressurized water, a laser or a diamond disk.

Landscapes

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Abstract

Plaquette de coupe brasée sur un corps d'outils de coupe (101) se composant d'un substrat métallique (11) en forme de plaquettes avec une surface de fixation au corps de l'outil, une couche (12) d'alliage de brasage haute température, une couche intermédiaire, une plaquette céramique (14). La couche d'alliage de brasage relie le support métallique (11) de la plaquette céramique (14) par l'intermédiaire de la couche métallique (13). Une couche de brasage basse température (16) relie la plaquette de coupe (1, 1') au corps d'outil (101).

Description

PLAQUETTE DE COUPE, OUTIL DE COUPE AVEC UNE TELLE
PLAQUETTE ET PROCÉDÉS DE FABRICATION ET DE RÉPARATION
D'UN TEL OUTIL
Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine technique général des outils de coupe utilisés pour usiner ou découper du bois et/ ou des matériaux composites à base de bois et dérivés.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'outils de coupe ainsi qu'un procédé de réparation de tels outils de coupe.
La présente invention concerne également la fabrication d'inserts de coupe, fixés sur un corps d'outil.
Etat de la technique
Les outils de coupe utilisés pour travailler des matières composites à base de bois ont des inserts souvent réalisés avec une poudre de diamant liée mécaniquement à un substrat, par exemple un carbure métallique. Les plaquettes de coupe sont ensuite découpées dans ce sous-ensemble, pour être ensuite brasées sur un corps d'outil.
Le brasage est effectué à basse température et à pression atmosphérique en utilisant un alliage de brasage par exemple à base de cuivre et d'argent.
On procède ensuite à un affûtage électrique, par exemple par électroérosion des plaquettes de coupe fixées sur le corps d'outil.
Le coût relativement important de ces outils de coupe est principalement lié à l'utilisation de diamants. Cela se traduit obligatoi- rement par des coûts élevés de fabrication et de réparation de ces outils de coupe.
Il a été envisagé de remplacer les diamants par un autre matériau plus économique, dans la fabrication d'outils de coupe. Des essais ont été effectués avec des plaquettes de coupe réalisées à base de céramiques nitrurées, par exemple S13N4. Pour effectuer un brasage de tels matériaux sur un corps d'outil en acier, un prétraitement est indispensable. En outre, le brasage doit obligatoirement s'effectuer dans un four sous vide, à des températures avoisinant 1000°C pendant une durée d'environ 10 à 15 minutes. La mise en œuvre d'un tel brasage nécessite une installation complexe et onéreuse
En outre, les matériaux céramiques utilisés présentent un coefficient de dilatation thermique très faible comparé à celui de l'acier, favorisant l 'apparition de contraintes d'origine mécanique lors du refroidissement.
La température de brasage élevée peut provoquer par ailleurs un détrempage de l'acier, conduisant à une altération des propriétés mécaniques du matériau et par conséquent de l'outil de coupe.
II convient de noter également que le brasage de toutes les plaquettes de coupe doit s'effectuer simultanément, ce qui implique de les maintenir sur le corps d'outil avec un outillage spécialement développé pour chaque géométrie différente de l 'outil.
La réparation d'un tel outil est difficile à réaliser et chère dans la mesure où les plaquettes de coupe ne peuvent pas être débra- sées individuellement.
On connaît également, par exemple par le document WO 00/ 15355, un autre procédé de fabrication d'un outil de coupe. Un tel outil de coupe comporte des plaquettes de coupe, en cermet, les- quelles sont fixées sur un corps d'outil, par exemple par brasage. Au préalable de l'opération de brasage, les surfaces destinées à être assemblées à l'aide d'un alliage de brasage, sont nettoyées par électrolyse et traitées chimiquement. Un revêtement métallique est également effectué sur ces faces. Même si les exemples de mise en œuvre décrits permet- tent d'effectuer un brasage à basse température et d'utiliser des alliages de brasage standards, il n'en demeure pas moins que ces exemples se basent d'une part sur des cermets adaptés à une électrolyse et d'autre part sur l'utilisation d'un traitement chimique des surfaces.
Ces opérations sont longues et complexes à mettre en œuvre. En outre, la fiabilité de la liaison entre la plaquette de coupe et le corps d'outil n'est maîtrisée que difficilement. En effet, la dissemblance des propriétés physiques de la plaquette de coupe en cermet et du substrat, génère trop souvent une dilatation thermique différentielle pouvant favoriser la désolidarisation de la plaquette de coupe et en- dommager le matériau céramique. De même, la liaison obtenue à basse température entre le cermet et la couche métallique obtenue par dépôt électrolytique est peu satisfaisante, car à basse température le cermet n'absorbe pas le métal. La liaison obtenue avec la couche métallique est donc très faible.
Il existe différents documents de l'état de la technique concernant le brasage d'éléments en céramique pour obtenir des composants d'outils. Il s'agit par exemple des documents suivants : PCT 2005/042572, US 3 667 099, EP 0129 314.
Il existe également selon le document EP 0 104 063 un procédé de fabrication d'un élément en nitrure de bore, fixé à un support en carbure. Ce procédé concerne précisément un nitrure qui fait partie des céramiques non-oxydes et de plus, qui est en un composé formé à partir d'une poudre de cristaux agglomérés dans une matrice métallique ; il ne permet pas des applications à des outils de coupe pour des matériaux très abrasifs tels que du bois, notamment du bois reconstitué ou du composite à particules.
Un tel composé de nitrure de bore cubique, ne présente pas de difficultés particulières de brasage du fait même de sa nature composite.
Le document US 3 667 099 décrit un procédé de brasage de pièce en nitrure de bore sur de l'acier en procédant par un brasage par une couche de cuivre pur sur un support en carbure de tungstène que, pour des raisons d'adaptation des coefficients de dilatation, on fixe ensuite par une brasure à basse température. Comme le document précédent, il s'agit de matériaux formés d'une poudre de cristaux de ni- trures assemblés par des liants métalliques. Mais ces nitrures ne peuvent convenir pour des outils de coupe travaillant dans des conditions brutales d'usinage de matériaux très abrasifs.
Il est également connu de réaliser des alliages de brasage de céramiques, utilisant un film de métal de plaquage appliqué sur la céramique avant le brasage avec un élément réactif tel que Ti, Hf, Va. Il s'agit, selon ce document, de réaliser une liaison étanche aux gaz entre un métal et une céramique, en évitant les difficultés liées aux défauts d'étanchéité que la dilatation peut provoquer. Toutes ces techniques connues concernent des nitrures et des cermets.
But de l'invention
La présente invention a pour but de pallier les inconvénients de l 'art antérieur en développant un outil de coupe ou d'usinage de bois et/ou de matériaux composites à base de bois, comportant des plaquettes de coupe en céramique d'oxydes, ayant les caractéristiques physiques nécessaires à l'usinage du bois : stabilité thermodynamique, dureté et homogénéité, entre autres.
La présente invention a également pour but de développer un procédé de fabrication et de réparation d'outil de coupe ou d'usinage susceptible d'être mis en œuvre de manière rapide et économique et notamment un procédé de fabrication d'inserts de coupe sous la forme de plaquettes de coupe en céramique d'oxydes solidaires d'un substrat métallique, et destinés à être fixés sur un corps d'outil.
Exposé et avantages de l'invention
A cet effet, l'invention a pour objet une plaquette de coupe pour être brasée à un corps d'outil de coupe et ayant, superposés et assemblés, un substrat métallique en forme de plaquette avec une surface de fixation au corps de l'outil, une couche d'alliage de brasage haute température, une couche métallique intermédiaire, une plaquette céramique en alumine, en zircone yttriée ou en une combinaison de tels composés, la couche d'alliage de brasage reliant le support métallique à la plaquette céramique par l'intermédiaire de la couche métallique, l'alliage de brasage haute température est un alliage argent-cuivre à plus de 50 % en volume d'argent ou un alliage.
Suivant une caractéristique, le substrat métallique est relié à la couche d'alliage de brasage par l'intermédiaire d'une couche métallique.
Suivant une autre caractéristique, le substrat métallique est en acier, en acier nickelé ou en carbure de tungstène de nuance spécifique.
Suivant une autre caractéristique, la plaquette céramique est en alumine, en zircone, en zircone yttriée. Selon l'invention, l'alliage de brasage haute température est un alliage argent-cuivre Ag-Cu a plus de 50 % de volume d'argent Ag ou un alliage Ag-Cu avec ajout de Zn, Mn et Ni.
L'invention a également pour objet un outil de coupe composé d'un corps d'outil dont la surface active est garnie de plaquettes de coupe telles que définies ci-dessus, ces plaquettes de coupe étant reliées au corps d'outil par un alliage de brasage basse température.
Cet outil est particulièrement avantageux car il permet de remplacer à l'unité, telle ou telle plaquette de coupe abîmée ou usée sans que ce remplacement ne débrase les autres dents non concernées par l'opération de maintenance, n'affecte l'intégrité physique des autres plaquettes de coupe non concernées par un remplacement. L'alliage de brasage basse température de l'outil de coupe selon l'invention est avantageusement un alliage argent-cuivre Ag-Cu ayant au moins 60 % en volume d'argent Ag.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un outil de coupe comportant un corps métallique destiné à être monté sur une machine et au moins une plaquette de coupe solidaire du corps d'outil, consistant à fixer la plaquette de coupe sur le corps d'outil métallique, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une plaque réalisée avec au moins une céramique oxyde, choisie parmi une famille de nuances de céramique comprenant l'alumine sous forme alpha pure ou la zircone yttriée tétragonale pure, ou un composite alumine- zirconium yttrié partiellement stabilisée avec au moins 10%m de zircone, ou alumine-zircone pure non stabilisée avec au maximum 16%m de zircone ou un composite zircone-alumine avec au moins 20%m. d'alumine sous forme alpha et une plaque de substrat métallique présentant sensiblement les mêmes dimensions que la plaque céramique, appliquer un premier alliage de brasage entre la plaque céramique et la plaque de substrat métallique réalisée avec un matériau choisi parmi le carbure de tungstène et l'acier, le carbure de tungstène composite avec au moins 10 %m de cobalt et l'acier (C45) nickelé, notamment à base d'acier (16MnCrl 5) ou l'acier (C45), et un dépôt une couche métallique entre la plaque céramique et le premier alliage de brasage ; braser la plaque céramique sur la plaque de substrat par brasage sous vide, à haute température, avec le premier alliage de brasage : l'alliage de brasage haute température est un alliage argent-cuivre à plus de 50 % en volume d'argent ou un alliage. Découper dans l'assemblage ainsi obte- nu, les plaquettes de coupe, braser la plaquette de coupe sur le corps d'outil par brasage à pression atmosphérique, à basse température, avec un second alliage de brasage.
Selon une caractéristique du procédé de fabrication, au cours de l'étape b), on dépose une couche de matériau métallique sur une des faces de la plaque céramique et sur une des faces de la plaque de substrat, ces faces étant mises en contact avec le premier alliage de brasage.
Selon une autre caractéristique du procédé de fabrication le premier alliage de brasage est une feuille, et au cours de l 'étape b), on dépose une couche de matériau métallique sur les deux faces de la feuille de premier alliage de brasage, ces deux faces étant respectivement mises en contact avec une des faces de la plaque céramique et une des faces de la plaque de substrat.
Selon une autre caractéristique du procédé de fabrica- tion, la métallisation de l'étape b) consiste à appliquer une couche de peinture métallique.
Selon une autre caractéristique on utilise un alliage argent-cuivre comprenant moins de 60% d'argent en volume comme alliage de brasage basse température.
Selon une caractéristique le brasage sous vide de l 'étape c) à haute température, se fait à une température comprise entre 760°C et 820°C.
Selon un exemple de mise en œuvre, le brasage à pression atmosphérique de l'étape e), se fait à une température comprise entre 560°C et 620°C.
Le procédé de fabrication conforme à l 'invention utilise un flux de brasage pour traiter les faces correspondantes préalablement au brasage à pression atmosphérique. Selon un exemple de mise en œuvre, on affûte mécaniquement les plaquettes de coupe fixées sur le corps d'outil, en utilisant une meule abrasive.
L'invention a également pour objet un procédé de répara- tion d'un outil de coupe obtenu selon le procédé de fabrication précédemment décrit, pour remplacer une plaquette de coupe détériorée, caractérisé en ce qu'il consiste à :
- chauffer localement, à la pression atmosphérique, l'outil pour détruire la brasure entre le substrat de la plaquette de coupe détériorée et le corps d'outil ; et
- fixer un nouvel insert de coupe sur le corps d'outil à brasage local, à pression atmosphérique et à basse température, en utilisant le second alliage de brasage pour solidariser le substrat de la nouvelle plaquette de coupe au corps d'outil.
Selon une caractéristique le chauffage de l'outil de coupe se fait localement par induction électromagnétique.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une plaquette de coupe à base d'un matériau céramique oxyde, destinée à être solidarisée à un corps métallique pour former un outil de coupe ou d'usinage, caractérisé en ce qu'il consiste à:
a') utiliser une plaque céramique et une plaque de substrat métallique sensiblement de mêmes dimensions,
b') relier avec un premier alliage de brasage la plaque céramique et la plaque de substrat métallique, et avec un dépôt d'au moins une couche de matériau métallique au moins entre la plaque céramique et le premier alliage de brasage,
c') fixer la plaque céramique sur la plaque de substrat par brasage sous vide et à haute température, en utilisant le premier alliage de brasage ; et
d') découper dans l 'assemblage ainsi obtenu, au moins un insert constitué de la plaquette de coupe recouverte par le substrat sur l'intégralité de l'une de ses faces.
Selon une caractéristique du procédé de fabrication on découpe la plaquette de coupe en utilisant un jet d'eau à haute pres- sion, un laser ou un disque abrasif au diamant. Sur un outil réalisé selon l'invention, on peut facilement remplacer une plaquette de coupe usée ou détériorée. Les liaisons des autres plaquettes de coupe ne sont pas altérées car l 'étape de réparation est effectuée localement et à basse température. La réparation et la maintenance sont effectuées à température ambiante et à pression atmosphérique, sans nécessiter d'installations spécifiques telles qu'un four ou une installation pour créer un vide. Il en résulte un coût de maintenance substantiellement diminué.
Les contraintes liées à une dilatation thermique différen- tielle sont minimales, d'où une durée de vie accrue pour les liaisons entre les plaquettes de coupe et le corps d'outil.
La fixation des inserts de coupe sur le corps d'outil effectuée à basse température réduit le risque de détrempage du corps d'outil.
Contrairement à toute attente, les bords usinés obtenus avec les outils selon l 'invention, sont suffisamment précis et rectilignes en termes de qualité de surface et de résultat d'usinage, en particulier sur des pièces usinées en matériau composite à base de bois.
En outre, les réparateurs d'outils ne sont pas obligés de s'équiper avec un four à haute température et produisant un vide. Il leur suffit de s'approvisionner en assemblages de plaques céramique- substrat, lesquels seront ensuite découpés.
Le remplacement de plusieurs plaquettes de coupe détériorées sur un outil selon l 'invention est effectué individuellement et successivement en utilisant par exemple un même moyen de maintien du genre bras robotisé. Un outil de forme complexe peut ainsi être réparé de manière tout aussi économique qu'un outil de forme simple.
La liaison obtenue par brasage à haute température sous vide est plus indiquée pour lier des matériaux dissemblables tels qu'un matériau céramique et un substrat métallique. Il devient alors possible de choisir un matériau céramique parmi un grand nombre de nuances de céramiques oxydes.
Ainsi, des nuances de céramiques oxydes qui ne pourraient pas être fixées sur un corps d'outil par une opération de brasage à basse température, pourraient l'être avec le substrat intermédiaire, grâce à l'opération de brasage à haute température.
Dessins
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de plaquettes de coupe selon l'invention, d'outils équipés de telles plaquettes et d'un procédé de réalisation de plaquettes de coupe, d'outils de coupe et de remplacement d'une plaquette de coupe usée sur un outil, représenté dans les dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe schématique à échelle agrandie d'un premier mode de réalisation d'une plaquette de coupe selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 1 d'une variante de réalisation d'une plaquette de coupe,
- la figure 3 est une vue en coupe d'un outil équipé de plaquette de coupe selon l'invention,
- la figure 4 est une représentation schématique d'un exemple d'outil de coupe, selon à l'invention ;
- la figure 5 est une vue en plan d'une lame de scie selon l'invention ; - la figure 6 est une vue en coupe axiale d'une fraise de finition selon l'invention;
- la figure 7 est une vue en plan d'un déchiqueteur selon l 'invention comportant deux types de plaquettes de coupe de taille et de dimensions différentes ; et
- la figure 8 est une vue en plan d'une fraise à défoncer selon l'invention.
- les figures 9- 1 1 illustrent schématiquement les étapes successives du procédé de fabrication de plaquettes de coupe conforme à l 'invention ;
Description de modes de réalisation
Selon la figure 1 , l'invention a pour objet une plaquette de coupe 1 représentée schématiquement et à échelle très agrandie, en coupe. La direction D est celle de l'épaisseur de la plaquette 1. La plaquette 1 se compose d'un substrat métallique 1 1 ayant une surface de fixation l ia pour fixer la plaquette 1 au corps de l'outil de coupe et une surface de brasage 1 1b. La surface de brasage 1 1b est couverte par une couche d'alliage de brasage haute température 12 elle-même couverte ou reliée à une plaquette céramique 14 par l'intermédiaire d'une couche métallique 13. L'ensemble de ces éléments 1 1 , 12, 13, 14, assemblés par brasage a une forme sensiblement parallélépipédique, la plaquette céramique 14 couvrant la surface du substrat métallique 1 1. L'une ou plusieurs faces de la plaquette de coupe 1 sont affûtés, le cas échéant (la surface affûtée portant à titre d'exemple la référence la).
La figure 2 est une vue en coupe analogue à celle de la fi- gure 1 d'une variante de plaquette de coupe 1 ' qui ne diffère de la plaquette 1 de la figure 1 que par la présence d'une seconde couche métallique 15 entre la surface de fixation l ia du substrat métallique 1 1 et la couche d'alliage de brasage haute température 12. Les autres éléments sont identiques ou analogues à ceux de la figure 1 et portent les mêmes références. Leur description ne sera pas reprise.
Le substrat métallique 1 1 est une plaquette en acier, en acier C45 nickelé, en carbure de tungstène WC-Co.
La couche d'alliage de brasage haute température 12 est un alliage argent-cuivre Ag-Cu ayant une teneur en argent supérieure à 50 % en volume ou encore un alliage 49Ag 27,5Cu 20,5Zn 2,5Mn 0,5Ni. Il peut s'agir d'un alliage Ag-Cu avec ajout de Zn, Mn et Ni.
La plaquette céramique 14 est en alumine 01-AI2O3 ou en zircone yttriée 3Y-ZrO2.
La figure 3 montre très schématiquement et en section à échelle très agrandie, un outil de coupe 100 à l'emplacement 102 de la plaquette de coupe 1. Cet outil 100 comporte plusieurs ou de nombreuses plaquettes de coupe suivant le travail à faire avec l'outil 100. Les plaquettes de coupe 1 , 1 ' sont de dimensions identiques ou différentes. Les plaquettes de coupe 1 , 1 ' sont reliées au corps 101 de l'outil de coupe 100 à des emplacements 102 par une brasure à l'aide d'une couche d'alliage de brasage basse température 16. Cet alliage de brasage basse température 16 est un alliage argent-cuivre Ag-Cu ayant au moins 60 % en volume d'argent Ag.
Les plaquettes 1 , 1 ' sont obtenues par la découpe de plaques de dimensions plus grandes ayant la même structure en couche que les plaquettes 1 , 1 ' décrites ci-dessus et dont le procédé de fabrication sera décrit à l'aide des figures 9 à 1 1.
La figure 4 montre un outil 1 10 en forme de fraise, d'axe xx dont le corps cylindrique 1 1 1 est muni de plaquettes de coupe 1 12 selon l'invention. Ces plaquettes de coupe 1 12 sont de forme rectangulaire ou carrée analogues aux plaquettes 1 , 1 ' des figures 1-3. Seules sont représentées deux plaquettes alors qu'en réalité le corps 1 1 1 de l'outil comporte plusieurs plaquettes 1 12 réparties régulièrement en périphérie mais également dans la direction de l'axe de rotation xx, par exemple par une disposition en quinconce d'une couronne de plaquettes à l'autre, pour régulariser et densifier la répartition périphérique des plaquettes et donner à la fraise 1 10 une hauteur de Hl correspondant à la longueur axiale de répartition des plaquettes 1 12.
Les plaquettes 1 12 sont reliées au corps 1 1 1 par une brasure comme celle de la figure 3 faite à l'aide d'un alliage de brasure basse température permettant le débrasage local d'une plaquette de coupe 1 12, abimée et son remplacement par une plaquette neuve 1 12 qui sera fixée par brasage local.
La figure 5 est une vue en plan d'un disque de scie circu- laire 120 formé d'un corps 121 avec un orifice de fixation 122 et des dents périphériques 123 munies chacune d'une plaquette de coupe 124. Ces plaquettes 124 sont fixées aux dents 123 par des brasures basse température selon l'invention, permettant un brasage/ débrasage local.
La figure 6 montre une vue en coupe axiale (axe xx) d'une fraise 130, par exemple une fraise de finition formée d'un moyeu 131 muni d'un alésage 132 pour son installation sur un arbre de machine. Le moyeu 131 porte un empilage de disques de fraise 133- 1 , 133-2, 133-3 séparés par des cales 134- 1 , 134-2 en fonction de l'application, c'est-à-dire par exemple de l'épaisseur de la plaque ou de la planche à usiner avec la fraise.
Les disques 133- 1 , 133-2, 133-3 sont analogues à des disques de scie, munis de dents périphériques 135 ayant chacune une plaquette de coupe 136. Les disques 131- 1 , 131-2, 131-3 sont, sauf exception, identiques, bloqués en rotation autour de l'axe xx et de préfé- rence décalés angulairement les uns des autres autour de l'axe xx pour que cette fraise soit aussi équilibrée que possible en rotation autour de son axe.
L'assemblage ainsi formé est bloqué par des moyens de liaison non représentés.
La fraise de finition 130 installée sur l'arbre de la machine ne travaille qu'avec un disque de fraise à la fois. La fraise est positionnée pour que le disque de fraise soit mis en position active par le déplacement de l'arbre le long de l'axe xx. Une fois les plaquettes 136 du disque de fraise (133-n) usées, l'arbre est déplacé longitudinalement suivant son axe xx, d'un incrément pour positionner un autre disque 133-n à l'emplacement approprié et travailler avec ce disque et ainsi de suite jusqu'à ce que tous les disques (ou leur plaquette de coupe) soient usés. Ce n'est qu'à ce moment que la fraise est remplacée par une nouvelle fraise, affûtée.
La figure 7 montre un autre outil 140 tel qu'un outil de déchiquetage 140 analogue à un disque de scie circulaire. Cet outil 140 a un corps 141 avec un orifice de montage 142 et des lumières 143 de blocage en rotation. La périphérie du corps porte un grand nombre de dents 144 munies de deux séries de plaquettes de coupe 145a, 145b de tailles différentes.
Ces plaquettes de coupe 145a, 145b sont fixées aux dents 144 par des brasures basse température facilitant non seulement la fabrication mais aussi les réparations de dents abimées ou enlevées pour les remplacer par des plaquettes neuves.
La figure 8 est une vue en plan d'une fraise à défoncer 150 formée d'un corps 151 à trois dents 152 munie chacune d'une plaquette de coupe 153 fixée par une brasure basse température.
En résumé, les figures 5 à 8 représentent de manière schématique l'outil de coupe qui selon l 'invention, est une lame de scie circulaire 120, une lame à rainer, une fraise de finition 130, un déchi- queteur 140, une fraise à défoncer 150, un outil de fraisage à alésage, un outil de fraisage à queue, une mèche, ou tout autre outil pour travailler le bois ou des matériaux composites, par enlèvement de matière. Un même outil de coupe peut comporter plusieurs plaquettes encore appelées inserts, brasés sur le corps d'outil selon des angles et des positions propres à l'application d'outil.
Un même outil de coupe peut comporter des plaquettes ou inserts 1 , 1 ' de compositions différentes ou de dimensions différentes comme cela est représenté sur la figure 7 qui peuvent être tous brasés sur le corps d'outil 141 au cours d'une même étape, ou au cours de deux étapes de brasage successives. Dans ce dernier cas, le premier brasage est effectué à une première température adaptée à un insert d'une composition donnée, tandis que le second brasage est effectué à une autre température adaptée à un insert présentant une autre composition, cette seconde température étant inférieure à la première pour ne pas détériorer le brasage précédent.
Les figures 9 à 1 1 représentent différentes étapes de fabrication d'une plaquette de coupe 1 , 1 ' pour un corps d'outil métallique destiné à être monté sur une machine et au moins une plaquette de coupe solidaire du corps d'outil.
Pour la description du procédé dont les étapes sont schématisées aux figures 9 à 1 1 , on fera également référence aux fi- gures 1 à 3 très simplifiées pour les éléments de la structure de la plaquette de coupe 1 , 1 '. Les références numériques de ces éléments seront reprises suivies du suffixe A pour les besoins de la description sans que ces références ne seront pas toutes reportées sur les figures 9 à 1 1.
Ainsi, la plaque métallique du substrat portera la réfé- rence 1 1 A, la plaque céramique portera la référence 14A, l'alliage de brasage haute température portera la référence 12 A, la première couche de métallisation la référence 13A et la seconde couche de métallisation la référence 15A. Les différentes parties ont leur référence affectée du suffixe A puisqu'il s'agit des éléments de composition que l'on trouve ensuite dans les plaquettes de coupe 1 , 1 '. Ces plaquettes sont encore appelées « inserts » puisque ces plaquettes de coupe sont fixées au corps d'outil 101 par des brasures 16.
Dans une première étape a) (figure 9), on utilise une plaque céramique 14A et une plaque de substrat métallique 1 1A sensi- blement de mêmes dimensions. La plaque céramique 14A est préférentiellement réalisée avec au moins une nuance de céramique oxyde, choisie parmi une famille de nuances de céramique comprenant l 'alumine
Figure imgf000016_0001
et la zir- cone yttriée 3Y- ZrO2 ou un mélange de telles nuances de céramique oxydes.
La plaque de substrat métallique 1 1A est préférentiellement réalisée avec un matériau choisi parmi le carbure de tungstène et l 'acier et notamment le carbure de tungstène WC- Co et l'acier C45 nickelé.
La plaque céramique 14A et la plaque de substrat métallique 1 1A ont de préférence chacune une épaisseur comprise entre 0,5 et 5 millimètres, et plus préférentiellement une épaisseur d'environ 3 millimètres.
Au cours d'une seconde étape b), une couche d'un matériau métallique est déposée entre la plaque céramique 21 et un premier alliage de brasage qui sera utilisé au cours d'une étape de brasage ultérieure c). Cette couche de matériau métallique est déposée au moins sur une des faces en contact lors de l'étape c).
De même, au cours de la seconde étape b), une couche d'un matériau métallique est déposée entre la plaque de substrat métallique 1 1A et le premier alliage de brasage 15A.
Comme précédemment, cette couche de matériau métallique est déposée au moins sur une des faces venant en contact lors de l'étape c).
Ces couches de métallisation permettent une meilleure liaison avec l'alliage de brasage pour la plaque céramique 14A et la plaque de substrat métallique 1 1A.
Le dépôt de ce matériau métallique, préférentiellement sous la forme d'une peinture, est effectué par tous moyens connus.
Selon une variante de mise en œuvre, au cours de la seconde étape b), la plaque céramique 14A est revêtue sur une de ses faces 6 avec une couche d'un matériau métallique à des fins de métallisation de même que l'une des faces de la plaque de substrat métallique 1 1 A. Selon une autre variante de mise en œuvre, dans le cas de l'alliage de brasage sous la forme d'une feuille métallique, au cours de la seconde étape b), cette feuille d'alliage de brasage est revêtue sur ses deux faces avec une couche d'un matériau métallique à des fins de métallisation.
Selon une autre variante, dans le cas où l 'alliage de brasage qui sera utilisé au cours du brasage de la troisième étape se présente sous la forme d'une feuille métallique, au cours de la seconde étape b ), cette feuille d'alliage de brasage peut être revêtue sur une de ses faces avec une couche d'un matériau métallique à des fins de métallisation, tandis que la plaque céramique 14A ou la plaque de substrat métallique 1 1A prévue pour être en contact avec la face non-métallisée de ladite feuille d'alliage de brasage peut également être revêtue sur une de ses faces ou avec une couche d'un matériau métallique.
Au cours d'une troisième étape représentée sur la figure
10, on fixe la plaque céramique 14A sur la plaque de substrat 1 1A par brasage sous vide et à haute température. Ce brasage est effectué au moyen d'un alliage de brasage haute température 15A, par exemple un alliage argent-cuivre comprenant préférentiellement plus de 50% d'ar- gent en volume ou un alliage à base d'argent-indium-titane. Le brasage sous vide à haute température, est par exemple fait à une température comprise entre 760°C et 820°C.
Au cours d'une quatrième étape représentée sur la figure
1 1 , on découpe dans l 'assemblage 20 ainsi obtenu, une plaquette de coupe 1 , 1 ', recouverte par le substrat 1 1 sur l'intégralité de l'une de ses faces. Cette découpe est effectuée au moyen d'un jet d'eau sous pression, d'un laser ou d'un disque diamanté.
Au cours d'une étape intermédiaire, la plaquette 1 , 1 ' est rectifié par enlèvement de matière, notamment pour affûter la plaquette de coupe 3, donner un angle d'inclinaison à la face supérieure de la plaquette céramique 14, et/ ou réduire au moins une dimension de la plaquette 1 , 1 '. Après rectification, la plaquette 1 , 1 ' présente une épaisseur comprise de préférence entre 0,5 et 5 millimètres, et plus préférentiellement une épaisseur d'environ 3 millimètres. Au cours d'une cinquième étape représentée sur la figure 1 1 , on fixe la plaquette 1 , 1 ' sur le corps d'outil 101 par brasage à pression atmosphérique, à basse température, pour solidariser le substrat 1 1 au corps d'outil 101. Ce brasage est effectué au moyen de l'alliage de brasage basse température, par exemple un alliage argent-cuivre comprenant préférentiellement moins de 60 % d'argent en volume, à pression atmosphérique et à basse température par exemple comprise entre 560°C et 620°C.
Dans le domaine du brasage, on considère comme basse une température inférieure à 650°C et comme haute, une température supérieure à 750°C.
Cette opération ne nécessite pas de métallisation préalable des surfaces à braser, mais on peut utiliser un flux de brasage pour traiter les faces correspondantes avant le brasage à pression atmosphérique. En effet, habituellement, le corps d'outil 101 est par exemple à base d'acier 16MnCr5 ou d'acier C45, susceptible de s'oxyder, ce qui est préjudiciable au brasage. La fine couche d'oxyde peut être retirée avant le brasage par un limage et passage d'un flux ; ce décapant peut être appliqué par badigeonnage.
Dans une dernière étape éventuelle, la fabrication d'un outil de coupe 100 est un affûtage mécanique des plaquettes de coupe 1 ', 1 ' fixées sur le corps d'outil 101 , en utilisant par exemple une meule abrasive.
L'invention concerne également un procédé de réparation d'un outil de coupe 100 obtenu selon le procédé de fabrication décrit précédemment.
Ce procédé de réparation consiste en un premier temps à chauffer localement, à la pression atmosphérique, l'outil 100 pour détruire la brasure 16 entre le substrat 1 1 de la plaquette de coupe 1 , 1 ' détériorée et le corps d'outil 102, puis à fixer une nouvelle plaquette de coupe 1 , 1 ' sur le corps d'outil 102 à l'aide d'un brasage local, à pression atmosphérique et à basse température. On utilise l'alliage de brasage basse température 16 pour solidariser le substrat 1 1 de la nouvelle plaquette de coupe 1 , 1 ' au corps d'outil 102. Le chauffage local de l 'outil de coupe 100 est préféren- tiellement effectué par induction électromagnétique.
A titre d'illustration, des exemples de mise en œuvre de procédés de fabrication d'un outil de coupe 100 selon l 'invention sont donnés ci- après.
Exemple 1 :
Une plaque de céramique composée de 100% d'alumine 01-AI2O3 est revêtue sur une de ses faces avec une couche de peinture métallique.
Une plaque métallique de carbure de tungstène WC-Co avec au moins 30 %m de Co de mêmes dimensions est également revêtue sur une de ses faces avec une couche de peinture métallique.
La face métallisée de la plaque céramique est alors fixée sous vide et à 810°C sur la face métallisée de la plaque métallique de carbure de tungstène à l'aide d'une opération de brasage. Ce brasage est effectué au moyen d'un alliage d'apport argent-cuivre comprenant plus de 50% d'argent et notamment 72 % de Ag en volume.
L'assemblage ainsi obtenu est alors découpé en inserts de coupe au moyen d'un jet d'eau sous pression, d'un laser ou d'un disque diamanté.
Des inserts comportant chacun une plaquette de coupe sont alors solidarisés par leur substrat au corps d'outil au moyen d'un brasage à pression atmosphérique et à une température comprise entre 560°C et 620°C. Ce brasage est effectué sur un inducteur électromagnétique au moyen d'un alliage d'apport argent-cuivre comprenant moins de 60% d'argent en volume.
Exemple 2 :
Une plaque de céramique composée de 100 % de zircone yttriée 3Y-ZrÛ2 est revêtue sur une de ses faces avec une couche de peinture métallique.
Une plaque métallique d'acier C45 nickelé de mêmes dimensions est également revêtue sur une de ses faces avec une couche de peinture métallique.
La face métallisée de la plaque céramique est alors fixée sous vide à 780°C sur la face métallisée de la plaque métallique d'acier par brasage effectué au moyen alliage de brasage argent-cuivre comprenant plus de 50% d'argent en volume.
L'assemblage ainsi obtenu est ensuite découpé en inserts de coupe au moyen d'un jet d'eau sous pression, d'un laser ou d'un disque diamanté.
Des inserts comportant chacun une plaquette de coupe sont alors solidarisés par leur substrat au corps d'outil par brasage à pression atmosphérique et à une température comprise entre 560°C et 620°C. Ce brasage est effectué sur un inducteur électromagnétique au moyen d'un alliage de brasage argent-cuivre comprenant moins de 60% d'argent en volume.
Exemple 3 :
On utilise une plaque de céramique composée de 90% d'alumine 01-AI2O3 et de 10 % de zircone ZrÛ2 revêtue sur une de ses faces avec une couche de peinture métallique et une plaque métallique de tungstène WC-30Co de mêmes dimensions avec sur une de ses faces une couche de peinture métallique.
La face métallisée de la plaque céramique est alors fixée sous vide à 800°C sur la face métallisée de la plaque métallique de tungstène par brasage effectué au moyen un alliage argent-cuivre comprenant plus de 50% d'argent en volume.
L'assemblage ainsi obtenu est découpé en inserts de coupe au moyen d'un jet d'eau sous pression, d'un laser ou d'un disque diamanté.
Des inserts comportant chacun une plaquette de coupe sont ensuite solidarisés par leur substrat au corps d'outil par brasage à pression atmosphérique et à une température comprise entre 560°C et 620°C. Ce brasage est effectué sur un inducteur électromagnétique au moyen d'un alliage d'apport argent-cuivre comprenant moins de 60% d'argent en volume. NOMENCLATURE
1 Plaquette de coupe
la Surface non affûtée
lb Surface non affûtée
11 Substrat métallique
lia Surface de brasage
11b Surface de fixation
12 Alliage de brasage haute température
13 Couche métallique
15 Couche métallique
16 Alliage de brasage basse température
11A Plaque métallique
12A Feuille d'alliage de brasage haute température
13A Couche métallique
14A Plaque céramique
15A Couche métallique
20 Assemblage
100 Outil de coupe
101 Corps de l'outil
102 Emplacement d'une plaquette de coupe 1, l'
110 Fraise
111 Corps
112 Plaquette de coupe
120 Disque de scie circulaire
121 Corps
122 Orifice de fixation
123 Dent périphérique
124 Plaquette de coupe
130 Fraise de finition
131 Moyeu
132 Alésage
133-i, 133-2, 133-3 Disques de fraise
134-i, 134-2 Cales
135 Dent périphérique
136 Plaquette de coupe
140 Outil de déchiquetage
141 Corps
142 Orifice de montage
143 Lumière de blocage en rotation
144 Dent
145a, 145b Plaquettes de coupe
150 Fraise à défoncer
151 Corps
152 Dent 153 Plaquette de coupe
D Direction de l'épaisseur de la plaquette coupe
H 1 Hauteur de travail
xx Axe de l'outil

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1°) Plaquette de coupe pour être brasée à un corps d'outil de coupe pour le travail de matériaux composites à base de bois et ayant, superposés et assemblés,
- un substrat métallique (1 1) en forme de plaquette avec une surface de fixation (l ia) au corps de l'outil,
- une couche (12) d'alliage de brasage haute température,
- une couche métallique (13) intermédiaire,
une plaquette céramique (14) en alumine (AI2O3), en zircone yttriée (3Υ-Ζ1Ό2) ou en une combinaison de tels composés,
- la couche d'alliage de brasage (12) reliant le support métallique (1 1) à la plaquette céramique par l'intermédiaire de la couche métallique (13), et
- l'alliage de brasage haute température (12) est un alliage argent- cuivre (Ag-Cu) à plus de 50 % en volume d'argent (Ag) ou un alliage
(Ag-Ind-Ti).
2°) Plaquette de coupe selon la revendication 1 ,
caractérisée en ce que
le substrat métallique (1 1) est relié à la couche d'alliage de brasage (12) par l'intermédiaire d'une couche métallique (15), notamment à base de Ti.
3°) Plaquette de coupe selon la revendication 1 ,
caractérisée en ce que
le substrat métallique (1 1) est en acier, en acier (C45) nickelé ou en carbure de tungstène (WC-Co).
4°) Outil de coupe composé d'un corps d'outil (101) dont la surface ac- tive est garnie de plaquettes de coupe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
outil caractérisé en ce que
les plaquettes de coupe (1 , 1 ') sont reliées au corps d'outil (101) par un alliage de brasage basse température (16). 5°) Outil de coupe selon la revendication 6,
caractérisé en ce que
l'alliage de brasage de basse température est un alliage argent-cuivre (Ag-Cu) ayant au moins 60 % en volume d'argent (Ag).
6°) Procédé de fabrication d'un outil de coupe pour le travail de matériaux composites à base de bois comportant un corps métallique destiné à être monté sur une machine et au moins une plaquette de coupe ( 1 , 1 ') solidaire du corps d'outil, consistant à fixer la plaquette de coupe sur le corps d'outil métallique, caractérisé en ce qu'il consiste à:
a) utiliser une plaque réalisée en au moins une nuance de céramique oxyde, choisie parmi une famille de nuances de céramique comprenant l'alumine (AI2O3) ou la zircone yttriée (3Y-ZrO2) ou un mélange de nuances de céramique oxydes choisies parmi l'alumine (AI2O3), la zircone (ZrO2) et la zircone yttriée (3Y-ZrO2), (14A) et une plaque de substrat métallique (1 1A) présentant sensiblement les mêmes dimensions que la plaque céramique (14A),
b) appliquer un premier alliage de brasage (12A) entre la plaque céramique (14A) et la plaque de substrat métallique (HA), est réalisée avec un matériau choisi parmi le carbure de tungstène, l'acier, le carbure de tungstène (WC-Co) composite WC-XCo (avec X°>30 % Co) et l'acier (C45) nickelé notamment à base d'acier (16MnCr5) ou d'acier (C45), et le dépôt d'une couche métallique entre la plaque céramique ( 14A) et le premier alliage de brasage ;
c) braser la plaque céramique (14A) sur la plaque de substrat (1 1A) par brasage sous vide, à haute température, avec le premier alliage de brasage, l'alliage de brasage haute température (12) étant un alliage argent-cuivre (Ag-Cu) à plus de 50 % en volume d'argent (Ag) ou un alliage (Ag-Ind-Ti).
d) découper dans l'assemblage (20) ainsi obtenu, les plaquettes de coupe (1 , 1 '),
e) braser la plaquette de coupe ( 1 , 1 ') sur le corps d'outil par brasage à pression atmosphérique, à basse température, avec un second alliage de brasage. 7°) Procédé de fabrication selon la revendication 6,
caractérisé en ce qu'
au cours de l'étape b), une couche métallique (13A, 15A) est déposée sur une des faces de la plaque céramique (14A) et sur une des faces de la plaque de substrat (HA), ces faces étant en contact avec l'alliage de brasage haute température (12A).
8°) Procédé de fabrication selon la revendication 7,
caractérisé en ce que
l'alliage de brasage haute température (12A) est sous la forme d'une feuille, et au cours de l'étape b), une couche métallique (13A, 15A) est déposée sur les deux faces de la feuille d'alliage de brasage (12A), ces deux faces étant respectivement en contact avec une des faces (6) de la plaque céramique (14A) et une des faces de la plaque de substrat (1 1A).
9°) Procédé de fabrication selon la revendication 6,
caractérisé en ce que
la métallisation sous l'étape b) consiste à appliquer une couche de peinture métallique, notamment à base de Ti.
10°) Procédé de fabrication selon la revendication 6,
caractérisé en ce qu'
le brasage sous vide de l'étape c) est fait à haute température comprise entre 760°C et 820°C et le brasage à pression atmosphérique de l 'étape e), est fait à une température comprise entre 560°C et 620°C.
1 1°) Procédé de fabrication selon la revendication 6,
caractérisé en ce qu'
avec un flux de brasage, on traite les faces avant le brasage à pression atmosphérique.
12°) Procédé de fabrication selon la revendication 6,
caractérisé en ce qu'
on affûte les plaquettes de coupe (1 , 1 ') fixées sur le corps d'outil (2), en utilisant une meule abrasive. 13°) Procédé de réparation d'un outil de coupe (1) obtenu selon le procédé de fabrication conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 12 en remplaçant une plaquette de coupe (3) détériorée, caractérisé en ce qu'il consiste à:
chauffer localement, à la pression atmosphérique, l 'outil pour détruire la brasure (12) entre le substrat (1 1) de la plaquette (1 , 1 ') détériorée et le corps d'outil; et
fixer une nouvelle plaquette de coupe ( 1 , 1 ') sur le corps d'outil par brasage local, à pression atmosphérique et à basse température, avec le second alliage de brasage (16) pour solidariser le substrat (1 1) de la nouvelle plaquette de coupe (1 , 1 ') au corps d'outil et notamment qu'il consiste à chauffer l 'outil de coupe (1) localement par induction électromagnétique pour débraser/braser.
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