L'invention a pour objet un outil de coupe, notamment pour tour et son procédé de fabrication.
I1 existe une grande variété d'outils de coupe présentant une plus ou moins grande dureté. Par ordre de dureté croissante, on trouve notamment les outils de coupe en acier à outils alliés, en acier rapide, en carbure métallique (carbure de tungstène) et en diamant. Il est évident que plus la dureté de ces outils est élevée, plus ils sont cassants. Par conséquent, au fur et à mesure que la dureté augmente, la ténacité diminue.
Lors du choix d'un outil, un autre critère est à considérer. Ce critère est la vitesse de coupe que l'on peut augmenter en fonction de la dureté de l'outil. Cependant, plus l'outil est dur et par conséquent plus la vitesse de coupe est grande, plus son angle de tranchant est faible, car pour compenser la tenacité relativement faible, on sera obligé de maintenir un angle de matière, c'est-à-dire 900 moins l'angle de tranchant moins l'angle de dépouille, d'autant plus grand que l'outil est dur.
Des essais réalisés avec des outils fabriqués dans un nouvel alliage datant de quelques années - appelé le tantung - ont donné de très bons résultats. Du point de vue de la tenacité, le tantung est supérieur à l'acier rapide et au carbure de tungstène. Cependant, de par sa structure très particulière due au procédé de fabrication, sa tenue de coupe est jusqu'à dix fois meilleure que celle de l'acier rapide. Par conséquent, le tantung permet de travailler de la matière à des vitesses élevées et ceci tout en offrant une bonne tenue de coupe malgré un angle de tranchant beaucoup plus grand que celui du carbure de tungstène.
Cette particularité permet de travailler avec une rentabilité nettement meilleure qu'avec des outils en acier rapide, des matières ou des pièces pour lesquelles le carbure de tungstène est très peu (ou pas du tout) utilisé car elles exigent des angles de tranchant nettement plus grands que ceux qui sont admissibles avec ce métal fritté. Le seul défaut des outils en tantung est d'être d'un prix de revient très élevé. En effet, un outil de coupe en tantung et de petite dimension revient à une centaine de francs, ce qui est excessif pour l'utilisateur.
L'invention a pour objet de permettre la fabrication d'outils en tantung à un prix de revient raisonnable.
L'outil selon l'invention est caractérisé en ce que le tranchant de l'outil est réalisé dans une plaquette de tantung brasée sur un corps d'outil.
Dans un mode d'exécution préféré le corps d'outil est en acier, la brasure étant une brasure à base d'argent et de cuivre.
Le procédé de fabrication de l'outil selon l'invention est caractérisé en ce qu'on chauffe à une température d'au moins 7000C et de moins de 10000C le porte-outil sur lequel on a préalablement disposé un alliage susceptible de fondre entre 7000C et 800oC, une plaquette de tantung et du décapant.
Le dessin représente, à titre d'exemple, un mode d'exécution d'un outil de tour selon l'invention.
La fig. 1 est une vue de dessus de l'outil, et
la fig. 2 une coupe selon la ligne II-II de la fig. 1.
L'outil de tour représenté dans les fig. 1 et 2 du dessin est un outil à aléser comprenant un corps d'outil 1 dont une extrémité 2 porte une plaquette 2 sur laquelle le tranchant de l'outil 4 (fig. 1) est prévu.
Le corps d'outil 1 est réalisé de manière conventionnelle, sa forme étant déterminée par l'usage que l'on veut en faire.
L'outil représenté dans le dessin étant un outil de tour pour aléser, le corps 1 présente de manière connue une partie arquée 5 vers son extrémité inférieure 2 et le tranchant 4 regarde vers le bas. La forme du corps de l'outil 1 ne sera pas décrite en détail, car elle est parfaitement connue de l'homme du métier et semblable aux outils de coupe de même type réalisés en acier rapide ou en carbone de tungstène. L'extrémité inférieure 2 du corps d'outil présente une partie plate 6, un logement 7 destiné à recevoir la plaquette 3 placé adjacent à la partie 6. La profondeur du logement 7 est choisie de manière que la surface supérieure de la plaquette 3 soit placée dans un plan parallèle et situé légèrement au-dessus du plan de la partie plate 6.
La plaquette 3 est réalisée en tantung et le corps 1 de l'outil en acier. D'autre part, la liaison entre la plaquette et le corps de l'outil est réalisée au moyen d'une brasure.
Le tantung est un alliage relativement récent comprenant 45 à 50% de cobalt, 27 à 32% de chrome, 14 à 19% de tungstène, 2 à 4% de carbone, 2 à 7% de tantale-niobium, 1 à 3% de manganèse et 2 à 5 Go de fer.
L'acier servant à la fabrication du corps de l'outil comprend, si l'on ne tient pas compte des impuretés, du fer et du carbone.
Il était donc nécessaire pour réaliser une liaison entre la plaquette de tantung dans laquelle est réalisé le tranchant de l'outil et le corps de l'outil, de trouver une brasure dont le point de fusion est situé au-dessous de celui du tantung, étant entendu que la liaison effectuée à l'aide de la brasure doit résister aux chocs et aux élévations de température. Pour laisser une marge suffisante entre le point de fusion du tantung et celui de la brasure et ainsi être assuré que les brasures entre le tantung et l'acier puissent être réalisées sans craindre un dépassement de température qui ferait fondre la plaquette, on a cherché une brasure dont le point de fusion est d'environ 8000C. Après de nombreux essais et mises au point, on a choisi une brasure à l'argent, au cuivre et au zinc.
La brasure utilisée se présente sous forme de minces plaques approximativement de même surface que celle des plaquettes de tantung à braser, comprenant environ 20% d'argent, 45% de cuivre et 35% de zinc. La présence de zinc dans la brasure ne serait pas nécessaire, mais cette adjonction de 35% de zinc permet d'abaisser le point de fusion de la brasure en maintenant un pourcentage d'argent relativement faible (20 %). On pourrait augmenter la teneur en argent de l'alliage et ainsi supprimer le zinc.
La liaison effectuée entre l'acier du porte-outil et l'alliage de la brasure est bien connue de l'homme du métier qui sait que l'argent d'une part et le cuivre d'autre part forment facilement un alliage avec le fer.
Il n'en est cependant pas de même en ce qui concerne la liaison entre l'alliage de la brasure (Ag et Cu) et le tantung (Co, Cr, Tu, etc...). Les différents essais d'arrachement de la plaquette réalisés sur des échantillons brasés selon différentes méthodes ont fini par imposer la solution décrite ici. Les résultats très positifs de la méthode adoptée ne s'expliquent que par le fait que le cuivre et l'argent sont très probablement diffusés dans le tantung et que le cobalt et éventuellement le chrome subissent une diffusion depuis le tantung dans la brasure.
On a donc un échange par diffusion
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Il se produit donc, lors de la brasure, un effet technique totalement inattendu, car on ne pouvait prévoir qu'une brasure à l'argent et au cuivre établisse une liaison aussi parfaite avec du tantung, et ceci d'autant plus que l'opération est effectuée à une température située entre 700 et 8000C.
La brasure est effectuée en plaçant le porte-outil sur lequel on a préalablement disposé une feuille d'alliage comme défini ci-dessus (Ag, Cu et Zn), la plaquette de tantung et du décapant dans au moins une spire traversée par un courant hautefréquence et on chauffe jusqu'à une température comprise entre 7000C et 10000C. Au moment où l'alliage de la brasure commence à fondre, c'est-à-dire au moment où la température atteint 700 à 8000C, on retire le porte-outil de la spire, on positionne avec précision la plaquette de tantung sur le porte outil et on laisse refroidir. Aucune précaution particulière n'est à prendre.
Le fait que la brasure ait son point de fusion à une température de 700 à 800OC permet d'éviter qu'un exécutant même inexpérimenté ne fasse fondre le tantung, car si l'on retire le porte-outil de la spire haute-fréquence dès que l'alliage de la brasure commence à fondre, il reste une marge de température d'au moins 400 à 5000C avant que l'on atteigne le point de fusion du tantung (1230 C). Grâce au fait que l'on a choisi une brasure dont le point de fusion est situé entre 700 et 800"C, le brasage de la plaquette peut se réaliser aussi facilement qu'un brasage traditionnel.
Pour réaliser la brasure décrite ci-dessus, on utilise un générateur à deux spires traversées par un courant de 2A et une fréquence de 300 kHz.
Le choix du décapant n'est pas critique et tout décapant normalement utilisé pour des brasures au cuivre et à l'argent, par exemple un décapant à base de borax, peut être choisi.
The subject of the invention is a cutting tool, in particular for a lathe and its manufacturing method.
There is a wide variety of cutting tools with varying degrees of hardness. In order of increasing hardness, these include cutting tools made of alloy tool steel, high speed steel, metal carbide (tungsten carbide) and diamond. It is obvious that the higher the hardness of these tools, the more they are brittle. Therefore, as the hardness increases, the toughness decreases.
When choosing a tool, another criterion must be considered. This criterion is the cutting speed that can be increased depending on the hardness of the tool. However, the harder the tool and therefore the greater the cutting speed, the lower its cutting angle, because to compensate for the relatively low tenacity, one will have to maintain an angle of material, that is to say say 900 minus the cutting angle minus the clearance angle, the greater the harder the tool.
Tests carried out with tools made from a new alloy a few years old - called tantung - have given very good results. In tenacity, tantung is superior to high speed steel and tungsten carbide. However, due to its very particular structure due to the manufacturing process, its cutting behavior is up to ten times better than that of high speed steel. Consequently, tantung makes it possible to work material at high speeds and this while offering good cutting resistance despite a cutting angle much greater than that of tungsten carbide.
This feature makes it possible to work with significantly better profitability than with high speed steel tools, materials or parts for which tungsten carbide is used very little (or not at all) because they require significantly greater cutting angles. than those that qualify with this sintered metal. The only drawback of tantung tools is that they cost a lot. In fact, a tantung cutting tool of small size costs around a hundred francs, which is excessive for the user.
The object of the invention is to allow the manufacture of tantung tools at a reasonable cost price.
The tool according to the invention is characterized in that the cutting edge of the tool is produced in a tantung insert brazed to a tool body.
In a preferred embodiment, the tool body is made of steel, the solder being a solder based on silver and copper.
The method of manufacturing the tool according to the invention is characterized in that the tool holder is heated to a temperature of at least 7000C and less than 10000C on which an alloy capable of melting between 7000C has previously been placed. and 800oC, a tantung wafer and paint stripper.
The drawing represents, by way of example, an embodiment of a lathe tool according to the invention.
Fig. 1 is a top view of the tool, and
fig. 2 a section along line II-II of FIG. 1.
The lathe tool shown in Figs. 1 and 2 of the drawing is a boring tool comprising a tool body 1, one end 2 of which carries a plate 2 on which the cutting edge of the tool 4 (fig. 1) is provided.
The tool body 1 is produced in a conventional manner, its shape being determined by the use to be made of it.
The tool shown in the drawing being a lathe tool for reaming, the body 1 has in known manner an arcuate part 5 towards its lower end 2 and the cutting edge 4 faces downwards. The shape of the body of the tool 1 will not be described in detail, since it is perfectly known to those skilled in the art and similar to cutting tools of the same type made of high speed steel or of tungsten carbon. The lower end 2 of the tool body has a flat part 6, a housing 7 intended to receive the insert 3 placed adjacent to the part 6. The depth of the housing 7 is chosen so that the upper surface of the insert 3 is placed in a parallel plane and located slightly above the plane of the flat part 6.
The insert 3 is made of tantung and the body 1 of the tool of steel. On the other hand, the connection between the plate and the body of the tool is made by means of a solder.
Tantung is a relatively recent alloy comprising 45 to 50% cobalt, 27 to 32% chromium, 14 to 19% tungsten, 2 to 4% carbon, 2 to 7% tantalum-niobium, 1 to 3% of manganese and 2 to 5 GB of iron.
The steel used in the manufacture of the tool body includes, if one does not take into account impurities, iron and carbon.
It was therefore necessary to make a connection between the tantung insert in which the cutting edge of the tool is made and the body of the tool, to find a solder whose melting point is located below that of the tantung, it being understood that the connection made using solder must withstand shocks and temperature rises. To leave a sufficient margin between the melting point of the tantung and that of the solder and thus be assured that the solders between the tantung and the steel can be carried out without fear of an excess of temperature which would melt the wafer, we sought a solder whose melting point is about 8000C. After many tests and developments, we chose a silver, copper and zinc solder.
The solder used is in the form of thin plates with approximately the same surface area as that of the tantung plates to be soldered, comprising about 20% silver, 45% copper and 35% zinc. The presence of zinc in the solder would not be necessary, but this addition of 35% zinc makes it possible to lower the melting point of the solder while maintaining a relatively low percentage of silver (20%). One could increase the silver content of the alloy and thus eliminate the zinc.
The bond made between the steel of the tool holder and the alloy of the solder is well known to those skilled in the art who know that silver on the one hand and copper on the other hand easily form an alloy with the iron.
However, this is not the case with regard to the bond between the alloy of the solder (Ag and Cu) and the tantung (Co, Cr, Tu, etc.). The various wafer pull-off tests carried out on samples brazed using different methods ended up imposing the solution described here. The very positive results of the adopted method can only be explained by the fact that the copper and the silver are most likely diffused in the tantung and that the cobalt and possibly the chromium undergo a diffusion from the tantung in the solder.
We therefore have an exchange by diffusion
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There is therefore, during the soldering, a completely unexpected technical effect, because it could not be expected that a silver and copper solder would establish such a perfect bond with tantung, and this all the more so as the operation is carried out at a temperature between 700 and 8000C.
The brazing is carried out by placing the tool holder on which has previously been placed an alloy sheet as defined above (Ag, Cu and Zn), the tantung wafer and the stripper in at least one turn traversed by a current high frequency and heated to a temperature between 7000C and 10000C. When the brazing alloy begins to melt, that is to say when the temperature reaches 700 to 8000C, the tool holder is removed from the coil, the tantung insert is positioned with precision on the tool holder and let cool. No special precautions need to be taken.
The fact that the solder has its melting point at a temperature of 700 to 800OC makes it possible to prevent even an inexperienced performer from melting the tantung, because if the tool holder is removed from the high-frequency coil as soon as possible. As the solder alloy begins to melt, there is a temperature margin of at least 400 to 5000C before reaching the melting point of tantung (1230C). Thanks to the fact that we have chosen a solder with a melting point between 700 and 800 "C, the brazing of the wafer can be carried out as easily as a traditional brazing.
To achieve the solder described above, a generator with two turns traversed by a current of 2A and a frequency of 300 kHz is used.
The choice of etchant is not critical and any etchant normally used for copper and silver solders, for example a borax based etchant, may be chosen.