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Foret.
Cette invention se rapporte à des forets destinés à fo- rer la roche et autres matières/semblables, et plus particuliè- rement à des forets susceptibles d'être actionnas par percus- sion et destines à exécuter des forages profonds.
D'une manière générale, elle a pour but de fournir une construction et une disposition perfectionnées d'organes par- ticulièrement durables et efficaces, et elle concerne aussi bien la fabrication des forets que le forage proprement dit.
Un but plus particulier de l'invention est de fournir un foret perfectionné ayant des organes susceptibles de résister
Individuellement aux efforts inhérents à leurs fonctions pen- dant le forage.
Un autre but est de fournir un foret comportant des or- ganes séparables, construits et disposés chacun de manière
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présenter des qualités en rapport avec les fonctions qu'il doit remplir pendant le forage.
Un autre but est de fournir un type de construction de foret susceptible de permettre l'emploi d'une série d'aciers spéciaux, cyhoisis chacun suivant les fonctions particulières qu'il doit remplir ou la position qu'il doit occuper dans le type de construction considéré dans son ensemble.
Un autre but réside dans la construction d'un foret aant des sections séparées assemblées entre elles et formées chacune d'un acier spécial différent, recuit et traité de manière à lui donner des propriétés ,spécialement adaptées aux fonctions particulières à remplir pendant le forage.
Un autre objet réside dans la construction de forets com- posés de pièces séparables qui sont rigidement articulées,pos- Sèdent des qualités de rigidité et de résistance à l'usure, et sont susceptibles d'être assemblées et démontées facilement, des dispositions spéciales étant prises pour empêcher le cala- ge ou le bloquage des différentes pièces.
Un autre objet encore consiste dans la construction d'un foret présentant une tête ou une mèche amovible avec une pièce intermédiaire destinée à absorber les chocs et à supporter ri- gidement la mèche amovible.
D'autres buts de cette invention seront spécifiés en dé- tail ci-dessous et d'autres encore ressortiront d'eux-mêmes des dispositions et constructions mentionnées.
L'invention donc consiste dans les-caractéristiques de construction, les combinaisons d'éléments et la disposition d'organes qui sont données à titre d'exemple dans la construc- tion ci-dessous décrite et le but de leur application apparaitra dans les revendications ci-annexés.
Afin de mieux faire comprendre la nature et les avantages
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de cette invention on se rapportera à la 'description détaillée ci-dessous qui donne la meilleure forme d'exécution actuelle- ment connue de cette invention en se référant au dessin an- nexé, dans lequel:
Figure 1 montre, en perspective, un foret suivant oette invention assemblé;
Figure 2 montre, en coupe longitudinale, les organes dé- tachés du foret représente sur la figure 1;
Figure 2a représente,,'en coupe longitudinale partielle, les organes assemblés, les bouts filetés des organes sépara- bles étant en contact l'un avec l'autre;
Figure 3 est une coupe longitudinale représentant une forme modifiée de l'invention;
Figures 4 et 5 sont des coupes longitudinales d'autres variantes ;
Figures 6 et 7 montrent en perspective d'autres formes de mèches susceptibles d'être employées dans le type de cons- truction perfectionné du foret suivant cette invention; et
Figure 8 montre un détail du filetage qui est pratiquement destiné à empêcher le blo@uage ou le calage des organes entre- eux.
En, se référant au dessin et particulièrement aux Figures
1 et 2, 10 désigne la mèche ou tête du foret qui est sépara- ble de la tige 11 mais est rigidement supportée par celle-ci.
La tige 11 du foret, comme c'est montré sur les figures 1 et 2, n'est pas directement reliée à la mèche 10; mais possède une pièce intermédiaire ou d'accouplement 12 qui dans l'exemple représenté est séparable de la tige proprement dite.
Afin que la mèche 10 puisse être rigidement supportée par la tige 11, la pièce intermédiaire ou d'accouplement 12 est construite de manière à entrer en prise par filetage à la fois
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avec la mèche 10 et avec la tige 11. Ceci est convenablement réalisé par un filet intérieur) représenté en 13, qui est creusé d'une façon continue dans le même sens à l'intérieur de la pièce 12 et entre en prise avec des bouts filetés 14 ou 15 respectivement prévus sur la mèche 10 et la tige 11. Le sens du filetage est tel que lorsque le foret tourne pendant le forage, le foret et la pièce intermédiaire tendent à de serrer plus fortement ensemble.
Afin que les bouts filetés sur lesquels les filets 14 et 15 sont ménagés soient particuliè- rement résistants à la rupture ils ne sont pas filetés entiè- rement jusqu'aux épaulements 16 de la mèche et 17 de la tige du foret. L'épaulement 17 ménagé sur la tige 11 est de préfé- rence légèrement surélevé, comme c'est indiqué en 17 , afin d'avoir le mêne diamètre que la pièce intermédiaire 12 à l'endroit où ces organes viennent buter l'un contre l'autre.
Afin que le serrage des organes ne puisse provoquer fa- cilement un calage, ou un bloquage, on réduit la surface ac- tive des filets en-dessous de celle qui est normalement obte- nue pour le pas considéré, en donnant aux filets une forme tronquée; ce genre de filet est quelquefois désigné sous le nom de type "Franklin Institute" et est représenté en coupe agrandie sur la figure 8. Les sommets des filets sont tronqués comme c'est indiqué en 18, les gorges entre les filets étant comblées d'une manière correspondante, comme c'est indiqué en 19. Il en résulte que la résistance du filet pour un pas dé- terminé demeure identique, mais que la surface en prise est réduite de telle sorte que même lorsque les pièces sont for- teillent vissées-après le forage, il suffit d'un effort relati- vement faible pour les dévisser.
Il est entendu toutefois que d'autres formes de filets susceptibles d'être facilement desserés peuvent être employées au lieu de la forme tronquée
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exposée ci-dessus.
Les bouts 14 et 15 peuvent présenter des congés de faille rayons, corme c'est représentéen 20 et 21 à l'endroit où. ils se raccordent aux épaulements 16 et 17 de manière à augmenter leur résistance et les empêcher de se rompre facilement en ce point. Les extrémités de la pièce 12 sont alésées comma c'est représenté en 22 et 23, pour obtenir une surface cylindrique unie s'ajustant sur les parties non filetées des bouts 14 et 15, les bords externes étant arrondis suffisamment comme c'est représenté en 24 pour s'adapter aux congés 20 et 21. Un passa- ge central, indiqué en 25, s'étend longitudinalement à travers la tige duforet et un passage semblable est ménagé en 26 dans la mèche 10.
Lorsque la mèche et la tige du foret sont assem- blées, on obtint ainsi un passage continu à travers lequel un fluide, tel que de l'eau ou de l'air comprimé peut être amené pendant la forage pour refroidir la mèche et contribuer à l'en- lèvement des éclats et autres particules de roche etcprevenant du forage.
La mèche 10 peut avoir toute forme voulue, une mèche cru- ciforme étant représentée sur les figures 1 et 2. suivant cet- te disposition, la mèche possède 4 arêtes tranchantes 30 qui se rencontrent perpendiculairement au centre de la face de l'outil. Ces arêtes sont formées par huit surfaces planes oon- vergentes qui se rencontrent en formant des angles dièdres.
Dans la mèche représentée, la distance de l'angle 31,à l'angle 31' le long d'une arête tranchante présente la plus grande amplitude transversale et le corps de la mèche diminue graduel- lement de diamètre à partir de ce point vers l'arrière, jusqu'à ce qu'il se réduise à celui de la base à l'épaulement 16, comme c'est indiqué en 32, ou.le diamètre est le mêms que celui de l'organe intermédiaire 12, ménageant ainsi un espace libre suffisant pour l'avancement de la mèche dans le roc à mesure
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que le forage progresse. Quatre cahelures 33 sont ménagées longitudinalement dans la. mèche et disposées à égale distance entre les angles 31 et 31'.
Une autre formera mèche) ne présentant qu'une seule arête tranchante est représentée sur la. figure 6. Cette mèche est fréquemment désignée sous le non de mèche typa "Carr".
Dans cette mèche, la distance de l'angle 41 à l'angle 41' est la longueur transversale maximum d'où le corps de la mèche converge vers le corps de l'épaulement pourvu d'un fut 42 en vue de ménager un espace libre suffisant pour l'avancement du foret. Les côtés du corps conique de la mèche dans une direction perpendiculaire à celle du bord tranchant sont dé- coupés de manière à ménager des surfaces 43 au-delà, desquelles les produits de l'opération de forage peuvent être facilement entrainés par le courant de fluide qui pénètre par le passage central.
Cette forme de construction présente également un bout fileté 44 susceptible d'être vissé dans la partie tarau- dée d'une pièce intermédiaire,
La figure 7 montre encore une autre forme modifiée de mèche qui présente six arêtes tranchantes et est fréquemment désignée sous le nom de mèche type "Rose". Cette mèche s'incline également, vers l'arrière à partir du sommet des arêtes tran- chantes 51 et 51' vers le fut principal, 52 de manière à ména- ger un espace libre convenable et elle présente également des parties creusées en forme de cannelure 53 entre les arêtes tranchantes, ainsi qu'un bout fileté 54 pour l'assujetir dans la partie taraudée de la pièce intermédiaire qui est destinée à la supporter.
En construisant,le foret en plusieurs pièces, on peut tirer le meilleur parti des propriétés des différentes aciers spéciaux connus, entrant dans la composition du foret suivant @
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cette invention. Chaque organe est susceptible séparément de résister aux efforts dépendant de la position particulière qu'il occupe dans le foret et inhérents à la fonction qu'il remplit dans l'opération de forgge.
La mèche 10 est particulié- rement construite de manière à présenter des propriétés de résistance à l'usure et elle est de préférence constituée d'un acier au chromevanadium conformé et recuit' de façon à présenter une arête tranchante de dureté appropriée susceptible d'être affectée et aiguisée à plusieurs reprises; il est généralement désirable d'exécuter ces opérations à l'endroit où se fait le forage. La mèche dans son ensemble présente une forme conve- nable pour éviter les ruptures qui pourraient se produire dans l'acier à outils recuit de la manière ordinaire et la mèche peut présenter des propriétés de résistance à l'usure plus grandes que l'acier à outils.
Le bout 14 situé à la base du corps principal de la mèche, en particulier, est établi de manière que sa durée dépasse celle de l'arête tranchante;en général les différentes parties de la mèche possèdent diffé- rentes propriétés.
La tige 11 du foret est faite d'une matière qui possède des propriétés résistant à la fatigue et par conséquent elle peut être désignée sous le nom de partie "anti-fatigue" du foret. Cette tige de foret est de préférence faite d'un acier au vanadium qui n'est pas apte à recevoir une arête tranchante mais qui possède des qualités de grande endurance et des pro- priétés anti-fatigue plus grandes que celles de l'acier doux; sa durée dépassera la service de toute autre partie du foret.
La tige du foret montrée sur les Fige. 1 et 2 peut être faite au moyen de matériaux que l'on trouve dans la commerce pour la fabrication des outils; pour former cette partie du foret
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on peut fileter cette tige à l'extrémité destinée à supporter la mèche et dans certains cas on peut la retourner et lui faire un épaulement, Cette opération peut être facilement exécutée par un forgeron ou un mécanicien ordinaire et peut être effectuée à la mine où à l'endroit où se fait le forage.
Il en résulte que lorsqu'elle vient à se briser, la tige du foret peut être facilement réparée pour continuer son service.
L'organe intermédiaire ou d'accouplement 12 est vissée sur la tige 11 et tient lieu d'accouplement pour supporter la mèche sur la tige du foret. Il est spécialement construit de manière à pouvoir absorber les chocs et dans certaines cons- tructions suivant l'invention, de manière à exercer une action d'amortissement plus prononcée pendant le forage. Il est fait de préférence d'un acier au chromo-nickel tel qu'on l'emploie dans la construction de certains types d'outils @ien connus par les hommes de métier.
Cet acier est traité et recuit de manière à être flexible et à ne pas pouvoir se cristalliser facilement ou se briser, étant donné que sa fonction est en grande partie d'amortir les vibrations de compression qui proviennent de la poussée réactive due à la force motrice ré- fléchie par la mèche.
Les propriétés spécifiées ci-dessus, qu'il est désirable que les différentes pièces possèdent suivant cette invention, sont différentes de celles que possédaient occasionnellement les forets antérieurs, mais sont considérées comme les proprié- tés dominantes qui caractérisent ces pièces à l'exclusion, pour ainsi dire complète de toutes les autres. Lorsque ces organes sont faits d'aciers spéciaux, ces propriétés sont obtenues par le traitement à chaud auquel ils sont saurais, produisant ainsi le recuit désiré) bien que d'autres traite- ments qui produisent ou tendent à produire ces propriétés ne doivent évidemment pas Sure exclus de ce fait.
Les termes
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"Fermé" et %recuite qui sont employés dans les revendications doivent en conséquence être interprétas comme comprenant ces traitements. Toutefois, ces propriétés ne peuvent pas être définies convenablement par le terme .degré de dureté- et ce- ci constitue un facteur variable dans la- mise en pratique de cette invention. A titre d'exemple, la mèche 10 doit être "résistante à l'usure" par rapport à la roche qu'il s'agit de foret. Lorsqu'on fore du granit, l'arête tranchante doit être plus dure que lorsqu'on fore des roches schisteuses, néan- ' moins elle doit résister à l'usure dans les deux cas.
Les aciers spéciaux décrits ici comme pouvant convenir pour les différentes parties du foret suivant cette invention ne sont pas choisis à cause de leur dureté, mais parce qu'ils sont susceptibles d'être recuits à un état dans lequel les pro- priétés désirées sont particulièrement remarquables, Ces aciers spéciaux possèdent une autre propriété qui doit évidemment être prise en considération lorsqu'on construit des forets suivant cette invention à savoir une limite d'élasticité suf- fisamment élevée pour ne pas subir de déformations pendant le service auquel ils sont soumis.
La pièce intermédiaire peut, lorsqu'elle est mise en place, s'appliquer étroitement sur les épaulements 16 et 17 de manière à recevoir et transmettre les vibrations de compres- sion de la mèche principalement à la surface de la tige du foret, évitant ainsi de les transmettre directement aux filets et on peut également réaliser ce but d'une autre manière connue au lieu d'employer des épaulements,en faisant se toucher les extrémités Internes de la mèche et de la tige de foret à l'in- térieur de la partie intermédiaires les chocs et les efforts étant encore absorbés dans ce cas par la pièce intermédiaire .
Cette dernière présente une forme généralement cylindrique, mais elle est de préférence pourvue de nervures arquées 66 le
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long des directrices de sa surface-cylindrique. Ces nervures arquées 66 sont ainsi parallèles et elles sont de préférence placées égale distance sur la périphérie de la pièce, de manière ménager des rainures 67 entre elles. Cette forme de construction permet aux nervures d'exercer une triple fonction; la première étant de renforcer la pièce intermédiaire, la se- conde d'élargir le trou foré à mesure que le foret avance et la troisième de ménager un passage-pour les éclats ou autres matières éliminés par le fluide qui pénètre au travers du pas- sage central du foret lorsque ce dernier avance pendant le forage.
La flexibilité de cet organe est de préférence d'un ordre tel qu'il dépasse la période de ser@ice de plusieurs mè- ches, et il peut absorber les chocs dans une grande mesure que le fer forgé.
La figure 3 montre une forme modifiée de foret, dans laquelle la pièce intermédiaire 72 est formée d'une pièce avec la tige de foret 71 et reçoit une mèche 70 dans son alésage taraudé 73. Cette pièce intermédiaire 72 est formée sur l'ex- trémité renflée de la tige de foret 71 qui présente un passage central 75 à travers lequel circule un fluide destiné à éli- miner les éclats, etc qui se produisent pendant le forage.Cette pièce intermédiaire, comme précédemment, présente de préféren# le contour cylindrique général représenté sur les figures 1 et 2 et est également pourvue de préférence de nervures arquées 76,
disposées longitudinalement sur sa surface cylindrique en vue de le renforcer et de lui permettre d'élargir le tour en cours de forage.Les f@lets ménagés sur le bout ou le corps 74 de la mèche 70 présentent de préférence la forme tronquée in- diquée sur la figure 8, de façon que la mèche puisse être fa- cilement dévissée de la tige de foret lorsqu'on le désire. De même les organes d'un foret de ce type de construction seront faits d'aciers @péciaux ou d'autres matériaux choisis de ma-
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nière à obtenir des propriétés les rendant particulièrement aptes à résister aux efforts inhérents au rôle qu'ils doivent jouer au cours du forage.
La figure 4 montre encore une autre modification dans la- quelle la partie intermédiaire 82 est faite d'une pièce avec la mèche 80 et peut être vissée sur le bout 83 de la tige de foret 81. Cette dernière est pourvue d'un passage longitudinal 85 à travers lequel un fluide est amené à la mèche par son passage longitudinal 86. Les filets ont également de préférence la forme tronquée indiquée sur la figure 8. de sorte que les pièces peuvent être facilement dévissées, le bout 83 étant pourvu d'un congé 84 pour le consolider à son point dejonc- tion avec le corps de la tige de foret proprement dite,tandis que l'alésage de la pièce intermédiaire présente une partie -non taraudée qui s'ajusta sur une partie non filetée du bout 83 et que le bord 84' est arrondi pour s'ajuster au congé-84.
Le corps de la mèche 80 présente de préférence un con- tour cylindrique de manière à se confondre avec la forme cy- lindrique générale de la pièce intermédiaire 82, eé qui a pour effet de ménager un fut suffisant pour permettre le réaffutage et l'aiguisage répétés bien que la distance transverale de l'angle 87 à l'angle 87' devienne ainsi de plus en plus petite, étant donné que le fut original s'amincit en partant de la face de la mèche.
Dans cette forme d'exécution la pièce intermédiaire est également pourvue de préférence de nervures arquées 88 qui la renforcent et lui permettent de produire un élargissement du trou pendant l'opération de forage+ Dans vette forme modifiée du foret, les pièces sont également faites de matériaux choi- sis de manière à présenter des propriétés spécialement propres à résister aux efforts inhérent à. leurs rôles particuliers .dans l'opération de forages
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La figure 5, représente encore une autre modification.
Ici, la mèche 90, au lieu d'être pourvue d'un bout fileté susceptible d'entrer en prise avec un alésage taraudé de la pièce intermé- diaire, présente un alésage taraudé 93 susceptible d'entrer en prise avec un bout fileté 94 sur la pièce intermédiaire 92. Cet organe est également pourvu à son extrémité d'un bout fileté 95, qui est susceptible d'entrer en prise avec un alé- sage taraudé formé dans la partie renflée de la tige de foret 91., Ces alésages et bouts filetés sont pourvus de filets de vis tronqués et de congés cousue il a été indiqué précédemment, afin que les pièces puissent être facilement séparées après le forage.
La mèche 90 est pourvue d'un passage longitudinal 97 qui communique avec le passage 98 de la tige de foret 91 par l'intermédiaire d'un passage 99 formé dans la pièce inter- médiaire 92. Ici, le fait que les pièces du foret sont sépa- rables permet l'emploi de matériaux choisis individuellement pour résister aux efforts inhérents à leurs rôles dans l'opé- ration de forage.
En ce qui concerne le fonctionnement, un foret suivant cet- te invention est particulièrement propre à être actionné par un type moderne de tête rotative ou d'outil de commande à per- cussion et il permet l'échappement de l'air qui actionne l'ou- til, par les passages centraux 25 et 26 qui y sont formés;le fluide peut aussi être utilisé pour enlever les éclats et au- tres particules produites par le foret au cours de son avance- ment.
Les vibrations de compression transmises de la mèche au reste du foret, comme réaction de la poussée motrice, consti- tuent en quelque sorte des perturbations ondulatoires qui se combinent dans une certaine mesure avec la force impulsive motrice, produisant ainsi des zônes dans lesquelles les vibra- tions sont particulièrement violentes et provoquent de ce fait
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des efforts dans les organes, ce-qui donnaient-généralement lieu à des ruptures dans les forets antérieurs à la présente invention.
L'emploi d'une pièce intermédiaire construite sui- vante cette invention a toutefois pour efet d'absorber suffisam- ment les chocs des vibrations de compression transmises par 1'intermédiaire du foret, de sorte que les zones d'efforts ne sont pas suffisamment prononcées pour donner lieu à des rup- tures de nature à abréger la durée et le service du foret.Mais les vibrations de compression et les chocs ne sont pas les seuls efforts auxquels la pièce intermédiaire ou d'accouplement est soumise.
Elle est également soumise à de violents chocs de tension par suite des renversements rapides et brusques du mouvement de foret, à des chocs de torsion et de cisaillement par suite du mouvement de rotation du foret dans le roc et à des chocs de flexion et de cisaillement par suite des flotte- monts de la pièce intermédiaire du foret par rapport à l'axe longitudinal peuvent se produire pendant le fonctionnement en donnant lieu à des tensions sur l'un des côtés de la pièce intermédiaire vers lequel le foret est recourbé latéralement et à des compressions simultanées sur le côté apposé:
, de la même pièce, On comprendra que tous les efforts et les chocs ci-dessus mentionnés, de caractère ondulatoire et rapidement périodique, peuvent être exercés sur cette pièce intermédiaire en même temps ou à peu près en même temps, sont d'une nature très complexe et nécessitent une grande capacité d'absorption de la part de la matière de cette pièce intermédiaire; la pré- Sente invention est indépendante de la séparation.et du 'con- tact des extrémités filetées des pièces accouplées dans la construction du foret.
En conséquence la période de service des forets faisant usage d'une pièce intermédiaire ou amortis- seuse de chocs suivant cette invention, est relativement plus @ -
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longue, ce qui permet d'effectuer de*orages à une vitesse moyenne, beaucoup plus grande qu'auparavant. Les propriétés spéciales des pièces du foret permettent aussi d'actionner réellement le foret à des vitesses plus élevées que les forets antérieurs en donnant lieu en outre à des économies dans le coût des opérations-de forage. Après une opération de forage, le type de filet de vis utilisé ici, permet de démonter ra- pidement les éléments du foret en vue du réaffutage ou des réparations.
Comme un -grand:' nombre de modifications peuvent être apportées àf la construction ci-dessus décrite et que des for- mes d'exécution apparemment- très différentes de cette invention peuvent âtre réalisées sans s'écarter de l'esprit de celle-ci, il est bien entendu que tous les éléments contenus dans la description qui précède ou qui sont représentés sur les dessins annexés doivent être interprétés comme des exemples d'éxécution et ne doivent pas limiter l'invention.
Il, doit également être entendu que la rédaction employée dans les revendications ci-dessous est destinée à couvrir toutesles caractéristiques génériques et spécifiques de l'invention ci-dessus décrite ainsi que tous les détails qui pourraient tomber dans le cadre de 1'invention. L'emploi du mot "intermédiaire" pour désigner la pièce 12 ne doit pas nécessairement qêtre interprété dans le sens de "interposée" mais dans un sens plus large signiflant l'élément de liaison intermédiaire dans la construction du foret.
REVENDICATIONS.
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