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Perfectionnements dans les foretsde mines
L'invention est relative aux foretde mines pour percer les roches et analogues, et plus particulièrement aux forets à percussion et à rotation pour forages profonds; les perfec- tionnements en question peuvent toutefois être employés dans d'autres types de forets, y compris ceux utilisas pour les sondages de pétrole et forages dans le sol ordinaire.
L'invention a pour but général une construction perfec- tionnée qui soit particulièrement durable et efficace et qui donne de la facilite aux opérations de fabrication et d'emploi.
Un autre but est de prévoir une construction qui soit séparable en plusieurs parties rigidement assemblées, qui possède des qualités de robustesse et de résistance à l'usure, et qui puisse être facilement assemblée et désassemblée, des
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précautions pouvant être prises contre le blocage des diver- ses parties. L'invention prévoit en outre une tête de foret détachable assemblée par un organe de raccord tel qu'un man- chon fileté de préférence constitué pour absorber les chocs, et qui est disposé pour porter rigidement la tête détachable.
Le foret suivant l'invention est, dans la plupart des cas de fractures, susceptible d'être facilement et économi- quement réparé. Dans un mode d'exécution spécial, le foret est composé de sections filetées séparables dont la forme du filetage possède des caractéristiques particulièrement adap- tées pour résister aux effets des chocs reçus d'une machine a forer même de haute puissance, cette forme de filetage per- mettant en outre de désassembler facilement les parties après l'opération.
Enfin tout foret peut être soumis à des conditions qui en amènent la rupture et un but de l'invention est de prévoir une construction en plusieurs sections grâce à laquelle la rupture provenant de la commande à percussion soit la plupart du temps confinée à des zones limitées (dans le raccord ou près des extrémités de la tête ou de la tige du foret) de Manière à obtenir l'efficacité à peu près maximum de forage avec chance de rupture des pièces aussi faible que possible et de manière que si une rupture se produit, elle ait lieu généralement dans une zone où. le dommage porté à 1'ensemble du foret, la perte d'acier et le coût de la réparation, soient réduits au minimum.
En ce qui concerne les propriétés et caractéristiques désirables des principaux organes du foret tels que la tête, la tige et le raccord, elles peuvent être celles indiquées dans le brevet canadien THURSTON 228. 540 du 6 Février 1923.
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L'Invention consiste par conséquent dans les particula- rités de construction, combinaisons d'organes et arrangements de parties tels qu'il en sera donné un exemple dans la cons- truction décrite ci-après, en référence aux dessins dans les- quels:
La fig. 1 représente une forme d'exécution suivant l'in- vention, en perspective, la fig. 2 étant une coupe longitudi- nale, la fig. 3 une vue semblable montrant l'emploi de plu- sieurs manchons et sections de tiges, assemblés en ligne pour forages profonds. La fig. 4 est une vue analogue montrant la manière d'exempter plus ou moins les filets de vis d'efforts ât chocs excessifs, en munissant la tige et la tête du foret d'épaulements qui viennent buter contre les extrémités du manchon de raccord ; figure montre en même temps un foret long.
La fig. 5 est un schéma montrant la forme du filetage.
Jusqu'ici il a été impossible d'éviter des dégâts et des pertes dans l'emploi de forets de mines en acier, le fo- ret dans son ensemble ayant toujours été d'une vie courte par suite des fractures en un point ou un autre.
La machine à forer courante - (type à percussion) utili- sée avec le foret-type d'environ 32 m/m, commande un marteau d'environ six kilogs et demi à la vitesse de 2.300 percussions par minute, et la rotation du foret causée par la machine lorsqu'elle rencontre la résistance dans le trou, détermine une grande pression de blocage dans le foret suivant l'inven- tion.
Les filets de vis qu'il est nécessaire de prévoir dans une construction par sections doivent résister aux percussions puissantes et aux vibrations données par le marteau, ainsi qu'aux réactions à peu près égales ; ces filets ne doivent pas cependant se bloquer immuablement mais doivent pouvoir se .dévisser facilement pour permettre de séparer les diverses
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parties du foret après l'opération, pour réajustement, affu- tage ou réparation. Le filetage doit donc être de forme telle qu'il ne concoure pas à amener la fracture d'une partie quel- conque du foret et de grosses difficultés ont été rencontrées pour trouver la conformation de filetage convenable.
Suivant l'invention, les filets de vis sont à peu près unis, convenablement incurvés et arrondis dans toutes les parties et spécialement dans les creux. Les pleins ou parties convexes doivent également, pour les meilleurs résultats, être arrondis et l'invention n'exclut pas la forme hémi-cylindri- que de la partie convexe extrême ou partie la plus saillante des filets.
Le filet est ainsi ce que l'on pourrait appeler à contour sinueux ou ondulatoire", continuellement incurvé, les parties du filet au fond des creux et en haut des pleins étant, en section transversale, de contour à peu près serai - circulaire. 11-lais il est préférable de tracer ces diverses par- ties du contour suivant un peu moins d'un déni-cercle de ma- nière qu'une ligne tangente joigne le profil de la partie la plus creuse du filet à celui de la partie la plus saillante dans une direction légèrement inclinée (longitudinalement) par rapport à l'axe du foret, en laissant à la pièce plus de matai et par conséquent plus de force.
Ces filets peuvent être formés par estampage ou par for- geage. Les filets du manchon de raccord sont généralement formés par taraudage. Des expériences ont été faites pour cou- ler le raccord fileté et l'invention n'exclut pas l'emploi d'un tel organe de raccord. On comprendra que les filets pourraient être plus profonds que ceux décrits et représentés et pourraient avoir à peu près le contour d'un demi-cercle pour la partie convexe et d'un autre demi - cercle pour le creux du filet, mais avec cette conformation , du métal serait enlevé
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qu'il est préférable de laisser dans la tige pour concourir à la résistance de celle-ci.
Dans le dessin, 10 indique la tête de foret qui est sé- parable de la tige 11 mais est rigidement supportée par elle par l'intermédiaire d'un manchon de raccord 12 séparable, se vissant à la fois sur la tête 10 et sur la tige 11, au moyen d'un filetage 13 de même sens sur toute la longueur du man- chon 12 ; cefiletage s'engage avec des filetages 14 et 15 correspondants de la tête 10 et de la tige 11. Bien entendu, le sens du filetage est tel que lorsque le foret tourne pen- dant le forage, la tige, le manchon et la tête tendent à se visser ensemble de manière plus serrée. Généralement la cons- truction et le fonctionnement des machines à percussion sont tels que le filetage soit à gauche, mais quelques machines demandent un filetage à droite.
Afin que le manchon 12 et les queues filetées 14 et 15 résistent particulièrement à la rup- ture, ces filetages sont faits avec un contour sinueux ou on- dulatoire comme montré à plus grande échelle par le schéma de la fig. 5. De préférence, les filetages 14 et 15 sont exé- cutés au plein diamètre das extrémités de la tige et de la tête du foret, en enlevant aussi peu de métal que possible et en laissant toute leur force aux parties composantes, en simplifiant grandement le reflletage de ces parties en cas de rupture à travers les filetages.
Le schéma de la fig. 5 montre approximativement la forme préférée de filets ondulatoires sur chacune des trois (ou da- vantage) pièces du foret. La ligne 27 montre le contour de ce filetage, 28 étant la ligne des centres des courbes d'une moitié du filetage, et 29 la ligne des centres des courbes de l'autre moitié. La quantité de métal qui est économise pour
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renforcer les pièces, en aplatissant un peu les courbes des filetages, est représentée à peu près par l'espace entre les lignes 28 et 29.
On peut plus ou moins libérer les filetages de la poussée en bout appliquée au foret par la machine à percussion, soit en faisant buter les extrémités de la tige et de la tête l'une contre l'autre dans le manchon comme représenté fig. 2 et 3, soit au moyen d'épaulements 16 et 17 formés sur la tige et la tête et venant buter contre les extrémités du manchon (fig. 4) avec ou sans contact des queues de la tige ou de la tête l'une avec l'autre.
La rotation du foret par la machine qui se produit après chaque percussion, tend à faire tourner les extrémités file- tées pour qu'elles se vissent l'une vers l'autre. Ceci produit une pression considérable des deux extrémités l'une contre l'autre dans les figs. 2 et 3, ou des épaulements contre les extrémités du manchon dans la fig. 4. Il en résulte que les faces extérieures des filets 14 et 15 sont pressées avec force contre les faces intérieures des filets 13 du manchon. Cette pression est un peu relâchée par la percussion mais elle est considérablement augmentée par la réaction à cette percussion, et, par suite des chocs répétés (environ 2.300 à la minute), elle tend avec une grande puissance à rompre le manchon de raccord.
Il est par conséquent de grande importance que ce dernier soit formé et trempé pour posséder des propriétés d'absorption de chocs et que les filets soient formés comme décrit pour pouvoir résister au service dans les conditions ci-dessus.
La longueur des filetages des queues de tige et de tête de foret et la longueur du manchon fileté, comme représenté
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dans la fig. 2, lorsque les queues butent l'une contre l'autre dans le manchon, sont de préférence telles que, lorsque le manchon, est vissé à fond sur ces queues, l'extrémité du file- tage de chacune vienne à distance d'un demi-pas du manchon.
Par conséquent, à l'endroit où l'extrémité extérieure du filet se diminue en pointe sur la tige du foret, cette diminution en pointe forme en 30 une butée avec tendance à se serrer lorsque le manchon est vissé à force sur la tige aussi loin qu'on peut le faire. La queue filetée de la tête de foret qui pénètre dans le manchon de raccord, peut être assez longue pour que, lorsqu'elle est vissée à fond dans le manchon jusqu'à butée, le manchon n'arrive pas jusqu'à l'extrémité allant en pointe du filet 14, ce qui pourrait provoquer une trop grande ten- @ dance au serrage. Autrement dit, une extrémité ou l'autre reste de préférence relativement libre pour le desserrage.
Ordinairement, il est préférable que ce soit la tige de foret qui reste accouplée de manière serrée de façon à ne pas tour- ner lorsqu'on enlève la tête du foret, ce qui se fait plus fréquemment que d'enlever la tige du manchon. La fig. 1 montre cette disposition.
D'autre part, lorsqu'on emploie des épauler.lents cornue dans la fig. 4, le manchon est vissé jusqu'à buter contre les épaulements.
Théoriquement, il est désirable que les queue filetées viennent en un point vers le milieu du manchon. Toutefois il peut en être autrement et même, lorsqu'on utilise des forets du type court, qui sont enlevés après émoussage, il est dési- rable que la queue de ces têtes de forets soit aussi courte que possible et, en ce cas, le filetage de cette queue peut pénétrer dans le manchon sur une longueur moindre que la
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moitié de celui-ci, et la queue filetée de la tige est alors allongée pour venir buter contre l'autre.
En 25, on a représenté un canal longitudinal dans la tige le foret et ses diverses sections, et en 26 un canal semblable dans la tête de foret de manière que, dans la position assem- blée, soit réservé un.passage continu pour un fluide tel que de l'eau ou de l'air comprimé qui peut ainsi être refoulé pen- dant le forage pour refroidir le foret et aider à l'enlèvement des particules de roc ou analogue. Le foret peut avoir toute forme désirée; on a représenté ici un foret cruciforme.
Le foret peut être notablement allongé pour forages pro- fonds, comme représenté fig. 3, en utilisant le nombre voulu de sections de tiges accouplées par un nombre correspondant de raccords 12. Le type de foret long (fig. 4), - communément appela foret à reforgeage) - est adapté pour être réaffuté de manière répétée par forgeage dans une machine du type moderne à affûter les forets. Le type de foret court (fig. 1, 2 et 3)- communément appelé foret perdu - est utilisé jusqu'à emoussage et ensuite passé seulement à la meule; il est ainsi utilisé autant de fois que possible et, après quoi, jeté et remplacé par un autre.
Le foret long peut maintenant être préféré dans les mines où il y a actuellement des facilités pour le reforgeage, le traitement par chauffage, etc... ; d'autre part, le foret court écarte la nécessite de forgeage et de traitement par la cha- leur a la mine, réalisant ainsi de grandes économies.
L'ondulation de la forme sinueuse du filetage, comme re- présenté au dessin, ou d'une forme équivalente, donne des avantages notables.- Elle permet aux diverses parties assem- blées par filetage de durer et de fonctionner malgré les ef-
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forts et les chocs qui, autrement, en entraîneraient la rup- ture; la vie du foret est ainsi prolongée; les diverses parties ou sections peuvent en être séparées; on peut refileter les queues de la tige et de la tête du foret (lorsqu'elles sont fracturée;;;) avec une dépense moindre de temps et de travail; en définitive, le coût du forage en est réduit.
Pour donner à la tige des propriétés de résistances à la fatigue, à la tête du foret des propriétés de résistance à l'usure, et à l'organe de raccord intermédiaire des proprié- tés d'absorption de chocs, on peut avantageusement procéder comme suit: lorsque la tige de foret est exécutée en métal convenable, le processus de sa fabrication, les températures de chauffage, le laminage, l'usinage, etc.. auxquals l'acier est soumis, spécialement pour former des tiges creuses comme représenté au dessin, lui donnent les qualités désirables pour remplir sa fonction particulière. Cependant on peut appliquer à. la tige, après qu'elle a été fabriquée par le processus ha- bituel ci-dessus, un traitement additionnel par chauffage, en principe de la manière suivante.
1 ) Lorsque la tige est en acier au vanadium et après que sa fabrication est terminée, elle est portée dans un four con- venable à una température d'environ 850 C à laquelle elle est laissée pendant environ 30 minutes; elle est ensuite enlevée et plongée dans un mélange convenable d'huile préparé pour la trempe. Après refroidissement dans l'huile, elle est portée à nouveau dans un four à une température d'environ 600 C à la- quelle elle est laissée pendant environ 30 à 45 minutes, pour la faire revenir et recuire. Si on le trouve plus convenable, on peut, au lieu de cela, l'immerger dans un bain de sel fondu maintenu à une température d'environ 600 0 dans le même but
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le la faire revenir. Après quoi, la tige est prête pour le service.
Lorsqu'on emploie d'autres alliages dans la composi- tion de l'acier, la température de chauffage peut être un peu variée en conséquence.
2 ) Lorsque la tige du foret est en acier commercial or- dinaire c'est-à-dire en acier pour certains outils, on peut suivre le même traitement général par chauffage que ci-dessus, excepté que la température de chauffage est de préférence, la première fois, de 830 C. et la température de revenu de 290 C.
Le traitement de la tête de foret est le suivant: la tête 10, faite en acier au chrome et au vanadium, est portée dans un four convenable de préférence chauffé' au gaz, à une tempé- rature d'environ 830 C à laquelle elle est laissée pendant en- viron 30 à 45 minutes. Elle est ensuite retirée du four et placée immédiatement dans un bain de trempe à l'huile conve- nablement prépara qui peut être d'une viscosité de 100 à 130 secondes à 37 C.
Lorsqu'elle est ainsi trempée, la pièce est le préférence immergée dans un bain de revenue qui peut être formé d'une solution d'un sel convenable fondu maintenu à une température de 675 C ou porté dans un four à la même tem- pérature, avec emploi de matière de remplissage convenable, la pièce étant laissée à l'action de cette température pen- dant environ 45 minutes. Elle est ensuite retirée et l'extré- mité tranchante est réchauffée à 830 C et à nouveau trempée le, préférence à l'huile; après quoi, elle est recuite à une température d'environ 200 C sur une longueur d'environ 25 m/m à partir du tranchant.
Lorsqu'on utilise d'autres alliages, la température peut être un peu variée en conséquence.
L'organe d'accouplement ou de raccord est traité comme suit: Cet organe 12 qui peut être de toute forme équivalente
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à celle Représentée au dessin et qui est de préférence excu- té en acier au molybdène et chrome, est d'abord porté dans un four, de préférence chauffe au gaz, à une température de 830 C à laquelle elle est laissée pendant environ 45 minutes. La pièce retirée du four, est immédiatement plongée dans un bain de trempe à l'huile convenablement prépara, de préférence d'une viscocité de 100 à 130 secondes à 37 C.
Après trempe, la piè- ce est immergée dans un bain de revenue forme de préférence d'une solution de sel fondu convenable maintenue à une tempé- rature de 370 0 à laquelle elle est maintenue pendant environ 45 minutes. Au sortir de là, la pièce est prête pour le ser- vice. Au lieu d'un bain de revenue,; on peut utiliser un four chauffé à même température, avec emploi de matières de remplis- sage convenables. Lorsqu!on utilise d'autres alliages, la tem- pérature peut être un peu variée en conséquence.
Il est bien entendu que les diverses particularités du traitement de chauffage ci-dessus et les divers alliages dé- signés ne sont pas les seuls moyens de parvenir au résultat désira pour donner aux diverses parties du foret les qualités ou caractéristiques voulues, l'invention n'étant nullement li- mitée à ces particularités. Des changements pourraient d'ail- leurs être apportés à la construction sans sortir du cadre ni de l'esprit de l'invention, la description et les dessins ci- annexés n'étant donnés qu'à seul titre d'exemples.
Il est bien entendu également que l'invention n'est pas limitée aux tiges cylindriques et que l'on peut utiliser des tiges de toute section transversale convenable.