FR3094251A1

FR3094251A1 - Outil rotatif de coupe, tel qu’un foret ou un alésoir

Info

Publication number: FR3094251A1
Application number: FR1903291A
Authority: FR
Inventors: Ludovic VERMOREL; Tsiory RAKOTOMALALA-BONNEFOI
Original assignee: Desgranges Outils Coupants SA
Current assignee: Desgranges Outils Coupants SA
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: FR3094251B1; CN113811412A; WO2020193662A1; MX2021011793A; US20220184716A1; CA3135507A1; EP3946785A1

Abstract

L’invention concerne un outil (1) rotatif de coupe, tel qu’un foret (2) ou un alésoir (3), s’étendant longitudinalement selon un axe (4) et comportant au moins une arête de coupe principale (5) de sorte que lorsque l’outil (1) est entrainé en rotation autour de l’axe (4), l’outil (1) avance axialement pour réaliser une opération de coupe d’une matière. Selon l’invention, l’outil (1) comprend des moyens de freinage (7) de l’avance axiale de l’outil (1) lors de l’opération de coupe. Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

Outil rotatif de coupe, tel qu’un foret ou un alésoir

L’invention se rattache aux secteurs techniques des outils rotatifs de coupe, par exemple hélicoïdaux, pour réaliser, par rotation, des opérations de perçage, de forage, d’alésage, de lamage ou de chanfreinage.

L’invention concerne notamment des forets de perçage, des alésoirs hélice à droite, des forets aléseurs, des fraises à lamer ou des fraises à chanfreiner (fraisureur), et trouve une application avantageuse dans le domaine de l’aéronautique, où l’assemblage des structures d’aéronef nécessite le perçage et l’alésage d’un nombre considérable de trous, dans des pièces éventuellement constituées d’un empilement d’une pluralité de couches, parfois de matières différentes.

Art antérieur

Il est connu de l’art antérieur des outils hélicoïdaux de perçage, tels que des forets ou des alésoirs hélice à droite, lesquels comprennent au moins une arête de coupe principale et s’étendent longitudinalement selon un axe. Ces outils sont destinés à être entraînés en rotation autour de l’axe et à avancer axialement pour réaliser une opération de perçage d’une matière.

Ce type d’outils peut également être étagé ou piloté lorsqu’il convient de percer des diamètres importants, dans des matières particulièrement dures comme l’acier ou le titane, par exemple, ou lorsqu’il s’agit d’obtenir des tolérances d’alésage serrées, ou encore lorsque le processus d’assemblage des pièces à percer nécessite des avant-trous.

Le problème que rencontre ce type d’outils de perçage rotatif réside dans l’effet d’engagement de l’outil dans la matière lors du perçage qui peut être relativement important, entraînant des risques de blocage ou de casse de l’outil.

Ce problème est d’autant plus exacerbé lorsque que l’opération de perçage est manuelle. En effet, l’opérateur a du mal à maîtriser l’avance de l’outil dans la matière percée et doit retenir l’outil pour s’opposer à la force d’engagement de l’outil.

Par ailleurs, lorsque cet outil est étagé, il se pose également des problèmes d’à-coups au niveau des étages de l’outil qui viennent percuter la matière, augmentant d’autant plus les risques de blocage ou de casse.

Dans l’état de la technique, pour éviter les risques de blocage ou de casse, il est connu de réaliser des outils ayant une force d’engagement dans la matière intrinsèquement faible, en l’occurrence en réduisant l’angle d’hélice et/ou en réduisant l’angle de dépouille des arêtes de coupe. Ceci a comme inconvénient d’augmenter les efforts de poussée, rendant ainsi ces opérations manuelles longues et fastidieuses, et ayant pour conséquence une diminution de la durée de vie des outils.

L’un des buts de l’invention est donc de remédier aux inconvénients précités en fournissant un outil rotatif de coupe, par exemple hélicoïdal, tel qu’un foret, un foret-aléseur, un alésoir hélice à droite, oui bien avec un angle de coupe généré par une pente, tel qu’une fraise à lamer ou à chanfreiner, dont les risques de blocage ou de casse lors d’une opération de coupe, et notamment un perçage manuel, sont évités.

Un autre objectif de la présente invention est de fournir un tel outil qui permette une cadence de perçage optimale en diminuant les temps de cycle des opérations de perçage.

Un autre objectif de l’invention est de fournir un tel outil qui permette de diminuer les efforts de poussée, d’augmenter la durée de vie de ces outils, et d’améliorer le confort de perçage et la qualité des trous.

À cet effet, il a été mis au point un outil rotatif de coupe conforme à celui de l’état de la technique en ce qu’il s’étend longitudinalement selon un axe et comportant au moins une arête de coupe principale de sorte que lorsque l’outil est entraîné en rotation autour de l’axe, l’outil avance axialement pour réaliser une opération coupe d’une matière.

Selon l’invention, l’outil comprend des moyens de freinage de l’avance axiale de l’outil lors de l’opération de coupe.

Ainsi, les moyens de freinage que comprend l’outil rotatif permettent de limiter l’effet d’engagement important de ce type d’outil dans la matière percée, de sorte que l’utilisateur est plus à même de maîtriser l’avance dudit outil lors d’un perçage manuel. Il en résulte que les risques de blocage ou de casse sont évités.

Par ailleurs, des géométries d’outils ayant un engagement intrinsèque plus important peuvent être employées en combinaison avec ces moyens de freinage, réduisant ainsi les efforts de poussée et le temps de cycle, tout en évitant les risques de blocage.

Selon une forme de réalisation particulière, les moyens de freinage sont positionnés en retrait axialement par rapport à l’arête de coupe principale et sont destinés à entrer en contact avec la matière percée lors de l’opération de perçage pour freiner l’avance axiale de l’outil.

Selon une forme de réalisation particulière, les moyens de freinage se présentent sous la forme d’une arête de coupe supplémentaire située en aval de l’arête de coupe principale par rapport à la rotation de l’outil, et présentant un pouvoir coupant inférieur à celui de l’arête de coupe principale.

Pour ce faire, l’arête de coupe supplémentaire présente :

un angle de coupe axial inférieur à l’angle de coupe axial de l’arête de coupe principale ;

et/ou

un angle de dépouille inférieur à l’angle de dépouille de l’arête de coupe principale.

D’autres techniques sont possibles. Par exemple, l’arête de coupe supplémentaire comprend une préparation d’arête, tel qu’un rayon dit de « honing », c’est-à-dire que l’arête de coupe supplémentaire est arrondie et présente une section circulaire, ou une facette.

De cette manière, l’arête de coupe supplémentaire possède un pouvoir coupant inférieur à celui de l’arête de coupe principale, limitant ainsi la pénétration de l’arête de coupe supplémentaire dans la matière ce qui permet de maîtriser l’avance de l’outil lors d’un perçage manuel, ou même encore lors de perçage automatique ou semi-automatique que qu’avec des perceuses à colonne, machines semi-automatiques, Unités de Perçage Automatiques ou même sur commande numérique.

L’invention permet également de pouvoir augmenter l’angle de coupe axial et l’angle de dépouille de l’arête de coupe principale, augmentant ainsi le pouvoir coupant et l’efficacité de l’outil.

Selon une autre forme de réalisation particulière, les moyens de freinage se présentent sous la forme d’une surface de freinage ou d’une arête de freinage, positionnée en aval de l’arête de coupe principale par rapport à la rotation de l’outil.

La surface de freinage est, par exemple, constituée par une dépouille secondaire prolongeant une dépouille principale de l’arête de coupe principale, l’angle de la dépouille secondaire étant inférieur à l’angle de la dépouille principale.

L’arête de freinage est, par exemple, constituée par un bord de fuite d’une dépouille de l’arête de coupe principale en retrait par rapport à l’arête de coupe principale, et qui n’est pas située dans la génératrice de la dépouille.

Selon des formes de réalisation particulières, les moyens de freinage sont positionnés en retrait axialement de l’arête de coupe principale, d’une distance comprise entre 5µm et 250 µm.

L’outil rotatif de coupe selon la présente invention peut se présenter sous la forme d’un foret, d’un foret-aléseur, d’un alésoir hélice à droite, d’une fraise à lamer ou à chanfreiner, et est de préférence étagé ou piloté et comprend des moyens de freinage à au moins un étage, et de préférence à chaque étage, de sorte que les effets d’à-coups, lors d’un perçage manuel, sont supprimés.

Description des figures

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressentiront mieux de la description qui va suivre, données à titre d’exemple non limitatif, à partir des figures annexées dans lesquelles :

la figure 1 est une représentation illustrant un foret de perçage étagé ou piloté selon l’invention ;

la figure 2 est une représentation illustrant un alésoir hélice à droite ou foret-aléseur, étagé ou piloté, selon l’invention ;

la figure 3 est une représentation illustrant une arête de coupe principale et une arête de coupe supplémentaire d’un même foret, l’arête de coupe supplémentaire étant en retrait axialement et avec un angle de coupe axial inférieur à celui de l’arête de coupe principale ;

la figure 4 est une représentation illustrant une arête de coupe principale et une arête de coupe supplémentaire d’un même foret, l’arête de coupe supplémentaire étant en retrait axialement et avec un angle de dépouille inférieur à celui de l’arête de coupe principale ;

la figure 5 est une représentation illustrant une arête de coupe principale et une arête de coupe supplémentaire d’un même foret à double goujure, l’arête de coupe supplémentaire étant en retrait axialement et avec un angle de dépouille inférieur à celui de l’arête de coupe principale ;

la figure 6 est une représentation illustrant une arête de coupe principale d’un foret présentant une dépouille secondaire prolongeant une dépouille principale, l’angle de la dépouille secondaire étant inférieur à l’angle de la dépouille principale, et en retrait axialement ;

la figure 7 est une représentation illustrant un bord de fuite d’une dépouille de l’arête de coupe principale en retrait par rapport à l’arête de coupe principale pour constituer une arête de freinage ;

la figure 8 est une représentation illustrant une arête de coupe supplémentaire d’un foret, avec un rayon dit de « honing » ;

la figure 9 est une représentation illustrant une arête de coupe supplémentaire d’un foret, avec une facette.

En référence aux figures 1 à 9, l’invention concerne un outil (1) rotatif pour réaliser des opérations de perçage ou d’alésage, et concerne notamment un outil (1) rotatif de coupe tel qu’un foret (2), un alésoir (3) hélice à droite, une fraise à lamer ou des fraises à chanfreiner, etc.

D’une manière connue, et en référence aux figures 1 et 2, l’outil (1) s’étend longitudinalement selon un axe (4) et comporte au moins une arête de coupe principale (5), et de préférence au moins une arête de coupe supplémentaire (6), opposée ou non, de sorte que lorsque l’outil (1) est entraîné rotation autour de l’axe (4), l’outil (1) avance axialement pour réaliser l’opération de perçage en tant que telle.

En fonction de l’application envisagée, et notamment de la dureté de la matière à percer, le foret (2) ou l’alésoir (3) peut être étagé ou piloté, et à simple ou double goujure, voire figure 5.

En effet, l’outil (1) selon l’invention trouve notamment une application avantageuse dans le domaine de l’aéronautique, où un nombre relativement important de perçage est à effectuer pour assembler des pièces entre elles, nécessitant parfois de percer des pièces multicouches, éventuellement de matières différentes.

Ainsi, pour faciliter l’opération de perçage de trous de diamètres relativement élevés, le foret (2) ou l’alésoir (3) hélice à droite présente plusieurs étages dont les diamètres augmentent successivement.

Dans cette application, les forets (2) ou alésoirs (3) hélice à droite sont largement sollicités et, étant donné le couple important nécessaire pour percer des matériaux durs tels que l’acier ou le titane, et les diamètres relativement élevés, le foret (2) ou l’alésoir (3) hélice à droite a tendance à avoir un effet d’engagement très important, générés par la pente de l’angle de coupe ou la forme hélicoïdale de l’outil (1).

Cet effet d’engagement est contraignant lorsqu’il s’agit de réaliser des perçages manuels car l’opérateur peine à maîtriser l’avance de l’outil (1), ce qui entraîne des risques de casse ou de blocage de l’outil (1). Par ailleurs, lorsque l’outil (1) est étagé, ces risques sont augmentés car l’outil (1) vient donner des à-coups à chaque étage contre la matière percée.

L’outil (1) selon l’invention comprend alors des moyens de freinage (7) de l’avance axiale de l’outil (1) lors de l’opération de perçage.

Pour ce faire, et selon une forme de réalisation particulière, les moyens de freinage (7) sont positionnés en retrait axialement par rapport à l’arête de coupe principale (5) et sont destinés à entrer en contact avec la matière percée lors de l’opération de perçage pour freiner l’avance axiale de l’outil (1).

Ces moyens de freinage (7) peuvent, par exemple, se présenter soit sous la forme d’une arête de coupe supplémentaire (6), soit sous la forme d’une surface de freinage (8), soit sous la forme d’une arête de freinage (9).

En référence aux figures 3 à 5, 8 et 9, et dans le cas d’une arête de coupe supplémentaire (6), celle-ci est située en aval de l’arête de coupe principale (5) par rapport à la rotation de l’outil (1), et, pour entrer en contact avec la matière percée et freiner l’avance, celle-ci présente un pouvoir coupant inférieur à celui de l’arête de coupe principale (5).

Le fait que l’arête de coupe supplémentaire (6) présente un pouvoir coupant inférieur, cela limite l’entrée dans la matière de ladite arête de coupe supplémentaire (6), ce qui permet de maîtriser l’avance en perçage, notamment manuel.

Pour diminuer le pouvoir coupant de l’arête de coupe supplémentaire (6), plusieurs techniques sont possibles.

Par exemple, en référence à la figure 3, l’arête de coupe supplémentaire (6) présente un angle de coupe axial (9) inférieur à l’angle de coupe axial (10) de l’arête de coupe principale (5). A titre d’exemple, pour un foret présentant une arête de coupe principale (5) et une seule arête de coupe opposé, l’angle de coupe axial (10) l’arête de coupe principale (5) peut être de 30°, tandis que l’angle de coupe axial (9) de l’arête de coupe supplémentaire (6) peut être de 20°, voire être négatif.

Selon une autre forme de réalisation, et en référence aux figures 4 et 5, l’arête de coupe supplémentaire (6) présente un angle de dépouille (11) inférieur à l’angle de dépouille (12) de l’arête de coupe principale (5). A titre d’exemple, l’angle de dépouille (12) de l’arête de coupe principale (5) est par exemple compris entre 8° et 12°, tandis que l’angle de dépouille (11) de l’arête de coupe supplémentaire (6) est par exemple de 1°.

D’autres manières de réduire le pouvoir coupant de l’arête de coupe supplémentaire (6) consistent à réaliser un rayon dit de « honing » (13) au niveau de l’arête de coupe supplémentaire (6), d’un rayon supérieur à 8 µm, par exemple 10 µm, voir figure 8, ou de réaliser une facette (14) ou de chanfreiner ladite arête de coupe supplémentaire (6), voir figure 9. La facette (14) peut par exemple présenter une largeur supérieure à 10 µm. Dans cette dernière configuration, le résultat s’apparente à l’agencement d’une arête de coupe supplémentaire (6) présentant un angle de coupe et/ou de dépouille inférieure à ceux de l’arête de coupe principale (5), si ce n’est que les dimensions sont réduites.

En référence à la figure 6, et lorsqu’il s’agit d’une surface de freinage (8), celle-ci est par exemple constituée par une dépouille secondaire prolongeant une dépouille principale (15) de l’arête de coupe principale (5). L’angle (16) de la dépouille secondaire est inférieur à l’angle (17) de la dépouille principale (15) pour que la surface de freinage (8) constituée par la dépouille secondaire entre en contact avec la matière percée pour freiner l’avance de l’outil (1). A titre d’exemple, l’angle (17) de la dépouille principale (15) est par exemple compris entre 8° et 12°, tandis que l’angle (16) de la dépouille secondaire est par exemple de 1°, voire négatif. Dans le cas d’une dépouille secondaire à angle négatif, le freinage est réalisé par une arête de freinage (9), constituée par le bord de fuite de ladite dépouille secondaire, voire figure 7.

En référence à la figure 7, et lorsqu’il s’agit d’une arête de freinage (9), celle-ci est par exemple en effet constituée par un bord de fuite d’une dépouille de l’arête de coupe principale (5) en retrait par rapport à l’arête de coupe principale (5), et qui n’est pas située dans la génératrice de la dépouille.

Les moyens de freinage (7) sont, de préférence, en retrait axialement d’une distance comprise entre 5 µm et 250 µm par rapport à l’arête de coupe principale (5), en fonction de l’espacement, sur le chemin de rotation de l’outil (1), entre l’arête de coupe principale (5) et les moyens de freinage (7). Pour un foret présentant une arête de coupe principale (5) et des moyens de freinage (7) positionnés sur une arête de coupe supplémentaire (6) opposée, une distance axiale inférieure à 5 µm aurait tendance à allonger les temps de cycle de l’outil (1) et à diminuer sa durée de vie, tandis qu’une distance axiale supérieure à 250 µm entrainerait des risques de blocage ou de casse de l’outil (1) lors de l’opération de perçage.

Les moyens de freinage (7) peuvent se situer directement sur la pointe d’un foret, sur le chanfrein de pointe de l’outil, ou bien au niveau d’un ou de chaque étage le cas échéant.

Il ressort de ce qui précède que l’invention fournit bien un outil (1) rotatif de coupe dont les risques de blocage ou de casse lors d’un perçage et notamment manuel, sont évités, tout en permettant une cadence de perçage optimale en diminuant les temps de cycle des opérations de perçage, et en permettant de diminuer les efforts de poussée, d’augmenter la durée de vie de ces outils, et d’améliorer le confort de perçage et la qualité des trous.

Claims

Outil (1) rotatif de coupe, tel qu’un foret (2) ou un alésoir (3), s’étendant longitudinalement selon un axe (4) et comportant au moins une arête de coupe principale (5) de sorte que lorsque l’outil (1) est entrainé en rotation autour de l’axe (4), l’outil (1) avance axialement pour réaliser une opération de coupe d’une matière, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de freinage (7) de l’avance axiale de l’outil (1) lors de l’opération de coupe.
Outil (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de freinage (7) sont positionnés en retrait axialement par rapport à l’arête de coupe principale (5) et sont destinés à entrer en contact avec la matière percée lors de l’opération de coupe pour freiner l’avance axiale de l’outil (1).
Outil (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de freinage (7) se présentent sous la forme d’une arête de coupe supplémentaire (6) située en aval de l’arête de coupe principale (5) par rapport à la rotation de l’outil (1), et présentant un pouvoir coupant inférieur à celui de l’arête de coupe principale (5).
Outil (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’arête de coupe supplémentaire (6) présente un angle de dépouille (11) inférieur à l’angle de dépouille (12) de l’arête de coupe principale (5).
Outil (1) selon l’une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l’arête de coupe supplémentaire (6) présente un angle de coupe axial (9) inférieur à l’angle de coupe axial (10) de l’arête de coupe principale (5).
Outil (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de freinage (7) se présentent sous la forme d’une surface de freinage (8) positionnée en aval de l’arête de coupe principale (5) par rapport à la rotation de l’outil (1).
Outil (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de freinage (7) se présentent sous la forme d’une arête de freinage (9) positionnée en aval de l’arête de coupe principale (5) par rapport à la rotation de l’outil (1).
Outil (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface de freinage (8) est constituée par une dépouille secondaire prolongeant une dépouille principale (15) de l’arête de coupe principale (5), l’angle (16) de la dépouille secondaire étant inférieur à l’angle (17) de la dépouille principale (15).
Outil (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de freinage (7) sont positionnés en retrait axialement d’une distance comprise entre 5 µm et 250 µm.
Outil (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il se présente sous la forme d’un foret (2) de perçage, d’un alésoir (3) hélice à droite, d’un foret-aléseur, d’une fraise à lamer ou d’une fraise à chanfreiner.
Outil (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est étagé et comprend des moyens de freinage (7) à au moins un étage.