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"BOUT RAPPORTE POUR FLEURETS ET PROCEDE POUR LE FABRIQUER"
La présente invention est relative à des perfectionnements apportés aux procédés de fabrication des bouts rapportés ou outils de coupe pour fleurets de perforatrice et aux bouts rapportés perfectionnés obtenus par ces procédés.
Dans cette dernière décade, les bouts ou outils de coupe rapportés pour perforatrices ont remplacé dans une grande mesure l'ancien type de fleuret obtenu en reforgeant et réaffùtant l'extrémité d'une barre de fleuret de la lon-, gueur désirée. Les perforatrices pneumatiques à percussion sont utilisées universellement dans les mines, carrières, travaux d'excavation, tunnels, etc,., chaque fois qu'une roche ou minerai doit être creusé et, jusqu'à l'apparition
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du présent outil , il était de pratique courante d'utiliser à cet efcet des tronçons de barre à fleuret creuse, de forme ronde ou hexagonale en section, ayant une extrémité fa- çonnée et craitée thermiquement en vue de constituer un bord coupant.
Il y a huit ou dix ans environ que la perforatrice à outil de coupe détachable ou à bout rapporté, a fait son apparition, le bout rapporté étant essentiellement constitué par un petit tronçon cylindrique d'acier à outil sur une des extrémités duquel un tranchant a été formé par une opération de forgeage et un traitement thermique analogues à ceux précédemment appliqués pour affûter l'extrémité du fleuret lui-même, l'autre extrémité étant établie sous forme d'une douille taraudée pour se visser sur un filetage correspondant prévu à l'extrémité du corps du fleuret.
On a toujours éprouvé des difficultés considérables dans la fabrication de ces outils de coupe rapportés, en particulier dans le forgeage et la formation du taraudage. Ces difficultés se sont manifestées par des fissures de forgeage et par une décarburation de la surface, ainsi que par un manque d'uniformité dans la forme des outils et de leur ta- raudage. Malgré ces inconvénients, il n'existait pas de procédé plus satisfaisant que le forgeage qui permette de fabriquer les outils de coupe rapportés pour fleurets, et les 75.000 outils qui constituent approximativement la production journalière actuel.Le sont tous fabriqués par forgeage.
La présente invention a pour objet un procédé pour fabriquer les outils de ce genre suivant lequel ces outils sont usinés par des machines automatiques pour le travail des métaux à partir d'une barre d'acier de la forme et de la composition voulues, sans chauffer et forger l'outil
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de la manière qui avait été adoptée jusqu'à ce jour.
Le présent procédé de fabrication diminue le prix de revient et augmente la production. Il permet aussi d'obtenir des outils de dimensions et forme absolument constantes et qu'on peut affûter facilement pour produire des tranchants d'une dureté uniforme sans affaiblir le reste de l'outil ou le rendre sujet à se rompre. Les outils fabriqués par le présent procédé de fabrication, outre qu'ils possèdent des dimensions et une forme plus constantes et qu'ils sont exempts d'efforts intérieurs dûs au forgeage, possèdent de meilleurs tranchants, sont plus faciles à réaffùter et sont pourvus d'un taraudage plus précis, ce qui permet de les réutiliser un plus grand nombre de fois que cela.est possible dans le cas des outils fabriqués par l'ancien procédé de forgeage.
Sur les dessins annexés, on a représenté le présent 'bout rapporté ou outil de coupe perfectionné et les opérations successives de sa fabrication à partir de la barre initiale.
Sur ces dessins :
La figure 1 représente l'outil terminé en perspective.
La figure 2 montre en perspective un fragment de la barre profilée à partir de laquelle les outils de coupe ou bouts rapportés des fleurets de perforatrice sont fabriqués.
Les figures 3 à 6 représentent les stades successifs de l'opération de fabrication réalisée sur l'extrémité de la barre de la figure 2 avant que cette extrémité soit tronçonnée à la longueur d'un outil.
La figure 7 représente le procédé appliqué pour usiner la face extrême de l'outil de façon à munir celui-ci de ses tranchants.
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La figure 8 représente ce stade en perspective.
La figure 9 représente la face coupante terminée de l'outil.
Les figures 10 à 12 représentent un outil de coupe terminé, l'extrémité d'un fleuret et le procédé pour assujettir l'outil et le fleuret l'un à l'autre en vue de leur utilisation.
Les figures 13 à 15 représentent l'appareil et le procédé de traitement thermique utilisés dans la fabrication des outils de coupe ou bouts rapportés pour fleurets.
Les figures 16 à 20 représentent l'appareil et le procédé de réaffùtage des outils de coupe pour fleurets fabriqués par ce procédé.
La figure 21 représente une barre d'acier spécialement façonnée à partir de laquelle des outils de coupe pour fleurets possédant certains avantages décrits ci-après sont fabriqués.
La figure 22 représente la barre en coupe longitudinale.
La figure 23 représente un outil fini par une coupe par deux plans passant respectivement par la portion en forme d'aile et par la portion en forme de douille intermédiaire.
La figure 24 est une coupe longitudinale de l'outil et représente la structure du grain résultant de l'opération de laminage utilisée pour façonner la barre à partir de laquelle les outils sont fabriqués.
La figure 25 est une coupe longitudinale analogue d'un outil de la même forme, mais ayant été fabriqué par les opérations de forgeage, appliquées jusqu'à ce jour.
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Sur le dessin, la figure 1 représente l'outil 'fini qui, ainsi qu'il a été décrit précédemment, comprend une portion en forme de douille taraudée 1, à l'aide de laquelle ledit outil est assujetti à l'extrémité filetée d'un fleuret, comme représenté sur les figs. 10 à 12. La douille 1 est légèrement conique extérieurement pour s'adapter à la forme de l'extrémité élargie 2. du fleuret 3, et elle est aussi de préférence conique intérieurement pour assurer un desserrage rapide du filetage. Ces caractéristiques ne sont toutefois pas essentielles. La douille peut posséder un diamètre extérieur constant sur toute sa longueur, de même que la cavité taraudée peut posséder un diamètre constant.
Au delà de la douille taraudée 1, le diamètre de l'outil est élargi suivant deux diamètres qui s'intersectent à angle droit, les portions élargies 4 étant façonnées de façon à donner aux tranchants 2 la forme d'une croix, qui est celle la plus couramment utilisée pour les outils de perforatrice. On peut obtenir d'autres types de tranchants en choisissant des barres de différentes formes, par exemple les outils du type ciseau et les outils du type rosace, qui, avec de légères modifications, peuvent être fabriqués par le présent procédé, décrit ci-après.
La barre 6 à partir de laquelle les outils sont fabriqués est de préférence une oarre en acier laminée à froid à la forme voulue pour la fabrication d'outils cruciformes, comme représenté sur la figure 2. Sous cette forme, la barre peut être considérée comme ayant une section transversale circulaire constante qui correspond au diamètre maximum des tranchants 5, cette barre comportant quatre portions de diamètre maximum 2 alternant avec quatre autres
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portions de diamètre moindre, indiquées en 8. Les portions de plus grand diamètre 2 sont en réalité des nervures dont les côtés sont parallèles aux plans diamétraux passant par les lignes médianes des nervures opposées.
Les barres 6 sont de préférence laminées à froid aux profils représentés, mais elles pourraient être fabriquées à partir de barres rondes par fraisage des portions inter- médiaires entre les nervures 7.
Pour fabriquer les outils de fleurets à partir de la barre 6, on monte un tronçon de barre dans le mandrin d'une machine-outil avec l'extrémité de la barre en saillie sur la face du mandrin à un degré un peu plus grand que la longueur de l'outil. Comme indiqué sur la figure 3, deux opérations peuvent être réalisées simultanément sur l'extré- mité saillante de la barre.
Ces opérations sont le percement d'un petit trou 12 au centre de l'extrémité de la barre, à une profondeur plus grande que la longueur de l'outil, et l'usinage de l'extérieur de la barre à la forme et au diamètre désirés pour la douille 1 de l'outil fini, comme indiqué en 13, la zone hachurée indiquant le métal enlevé des portions @ de la barre deplus grand diamètre, c'est-à-dire des nervures, les portions intermédiaires de diamètre moindre n'ayant pas été touchées. Une fois ces deux opérations réalisées, on perce ou alèse l'extrémité exposée de la barre pour enlever le métal représenté par les hachures 14 sur la figure 4, de façon à constituer une cavité conique 14a (figure 5).
Après que le trou conique 14a a été percé à la profondeur désirée pour le taraudage, on taille la base conique du trou comme indiqué en 16 sur la figure 5 et,
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avant de terminer le tronçonnage (déjà ébauché en 15) de l'extrémité de la barre, on taille le taraudage 17 sur la paroi intérieure de la douille obtenue par le perçage du grand trou 14a et par l'usinage du diamétre extérieur de l'outil, comme précédemment décrit. On termine alors l'opération de tronçonnage et on exécute les opérations restantes de la fabrication de l'outil sur les outils séparés.
Les opérations de tronçonnage peuvent être réalisées à l'aide d'une scie ou, de préférence, à l'aide d'un outil de tour étroit qui enlève la portion de barre indiquée en 15. Le tronçonnage peut aussi être réalisé pendant les opérations de perçage et d'usinage. Il est réglé de façon qu'une quantité suffisante de métal subsiste jusqu'à l'achèvement des opérations pour supporter l'extrémité de la barre et transmettre à celle-ci sa rotation.
L'opération entière de tronçonnage peut être réalisée de la façon susindiquée, mais on a trouvé dans la pratique qu'on facilite cette opération et qu'on obtient un meilleur produit si les portions nervurées 2 de la barre 6 sont taillées, comme indiqué par des lignes pointillées en 15a sur la figure 2, à l'aide de scies à lames multiples dont les lames sont convenablement espacées sur toute la longueur de la barre 6, avant le commencement des opérations de fabrication précédemment expliquées. On continue ensuite le tronçonnage de la façon précédemment expliquée par un outil de tour étroit travaillant suivant le trait de scie des nervures sur la portion circulaire de petit diamètre 8.
On remarquera que le petit trou 12 est prolongé au delà de la saignée 15 et pénètre dans l'extrémité de la barre destinée à constituer l'outil suivant, ce qui constitue un
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trou de centrage pour l'opération de perça.ge suivante.
A ce stade de l'opération de la fabrication, l'outil a reçu la forme voulue, à l'exception de la face coupante qui est maintenant une simple surface plane, transversale à l'axe de la barre et de même profil que la barre initiale.
Les figures 7, 8 représentent l'outil non fini 25 à ce stade.
Pour façonner le tranchant de l'outil, on utilise de préférence le dispositif utilisé pour fraiser les engrenages, ce dispositif comprenant essentiellement un arbre rotatif portant un outil de fraisage de forme discoïde mais dont la périphérie, qui constitue le tranchant, est biseautée de part et d'autre d'un plan médian de diamètre maximum.
On n'a pas cherché à représenter les détails de cette fraise, qui est un outil bien connu servant principanement à tailler des rainures de même forme que la périphérie de la fraise dans des olocs, plaques etc,
Sur les figures 7 et 8, on a représenté l'outil de perforatrice dans la position qu'il occupe par rapport à la fraise 24 au moment où la première des quatre rainures qu'on faille sur la face de l'outil non fini 25 pour former les tranchants 5 est sur le point d'être achevée. On voit que l'extrémité de l'outil non fini 25 est maintenue suivant l'angle désiré contre la fraisé 24, d'où. il résulte que quatre dents ou portions coupantes en forme de coin 2 (figure 9) sont constituées sur 16 face de l'outil.
L'outil ainsi obtenu est identique, comme forme, aux outils fabriqués jusqu'à ce jour par forgeage. Il ent tobtefois fait d'un acier doux et tenace, et il est nécessaire de le traiter thermiquement pour Qonner aux tranchants une dureté suffisante. Si l'opé-
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ration de fraisage décrite en dernier lieu, c' est-à-dire l'opération réalisée à l'aide de la fraise à engrenages, est exécutée avec un soin suffisant, il ne sera pas nécessaire de rectifier les outils ou de les soumettre à des opérations d'usinage complémentaires, mais, si on le désire, on peut donner aux tranchants des outils une forme plus précise, ayant la trempe, en ayant recours à une machine à rectifier.
Une machine à rectifier comportant une meule circulaire dont la périphérie possède la même forme que la fraise à engrenages sera de préférence utilisée à cet effet.
Pour durcir convenablement les tranchants, il faut que les outils soient traités thermiquement et que l'effet de durcissement ou trempe soit limité à la face coupante. S'il en était autrement, la douille et son taraudage seraient rendus trop cassants pour résister aux chocs énormes auxquels sont soumis les outils rapportés pour perforatrice à percussion. A cet effet, la demanderesse'a imaginé un procédé spécial pour soumettre les outils de coupe ou bouts rapportés 'pour fleurets à un traitement thermique, lequel procédé effectue non seulement la trempe de la face coupante, mais communique aussi, simultanément, un degré désiré de ténacité au reste de l'outil, de telle sorte que le tranchant acquiert la dureté voulue et que, en même temps, les propriétés de résistance aux chocs de la douille et de son taraudage sont augmentées.
Pour réaliser ce traitement thermique, comme représenté sur les figures 13 à 15, on chauffe l'outil entier dans un four à la température désirée, au voisinage de 842 0, et on le trempe ensuite sur sa face coupante par un jet d'eau projetée sous pression sur la face extrême de la pièce, en protégeant le reste de la pièce de la façon repré- .
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sentée sur les figs. 14 et 15 de manière à l'empêcher d'entrer en contact avec l'eau. Cette trempe superficielle est en particulier avantageuse pour la fabrication réalisée sur une grande échelle, étant donné qu'elle a lieu dans le minimum de temps et que, par un réglage automatique de la pression et de la température de l'eau, de la grosseur du jet et de la durée de l'opération, des effets identiques sont assurés.
Dans les anciens procédés de trempe superficielle, dans lesquels l'objet présentant la surface à tremper était immergée dans un bassin d'eau peu profond, à un degré juste suffisant pour noyer la surface à tremper, la production de vapeur à la surface ralentissait le procédé de trempe à un degré considérable et donnait lieu à des zones douces et à des irrégularités de trempe en raison de l'effet isolant des bulles adhérentes de vapeur. Cette production de vapeur d'eau dans un bassin peu profond introduit dans le traitement thermique un facteur variable auquel ne peut remédier qu'un spécialiste ou artisan expérimenté qui, par des observations soigneuses, est capable de se rendre compte du moment où l'effet désiré se trouve atteint, par la variation de couleur de la surface.
Au contraire, avec le jet sous pression, 1, vapeur engendrée à un instant quelconque est aussitôt condensée par l'eau venant directement à sa suite, le sorte que son effet est négligeable et que la surface est trempée uniformément.
Après que la surface a été trempée de la façon précédemment décrite par un jet à pleine pression réglé automatiquement, l'admission d'eau n'est pas coupée brusquement, mais le volume du jet est automatiquement réduit à une valeur rpélablement déterminée et telle qu'elle suffit juste à
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maintenir la surface trempée à l'état froid pour contrecarrer la tendance du corps encore chaud de l'outil à la réchauffer.
En limitant soigneusement la trempe à la surface à durcir, on est sùr que la quantité de chaleur qui est empruntée au métal de l'outil au delà de la face coupante est très faible, et que , par conséquent, cette portion de l'outil se refroidira lentement, de sorte que la douille et le métal situé à la base de cette douille seront amenés à un état t,enace, fibreux et propre à absorber les chocs, ce qui améliore grandement la résistance de cette partie de l'outil aux efforts intérieurs et à la rupture.
Sur les figures 13,14 et 15, on a représenté un appareil propre à permettre de réaliser d'une manière efficace et économique le traitement thermique décrit ci-dessus. F désigne un four dans lequel une charge d'outils est continuellement maintenue à la température désirée. Près de ce four sont disposés, à portée commode de l'opérateur, une série de dispositifs de trempe tels que celui représenté. Chacun de ces dispositifs est composé d'un support tubulaire 20 pourvu d'un couvercle à charnière 21 présentant quatre trous, comme représenté sur la figure 15, de forme telle qu'ils reçoivent les quatre tranchants de l'outil et protègent le reste dudit outil contre le jet d'eau enveloppé par le support tubulaire.
Les supports 21 sont montés le long de la partie supérieure d'un réservoir à eau W, et chacun d'eux est pourvu d'un régulateur automatique individuel comprenant une pompe P avec moteur de commande; un dispositif de commande électrique C servant à régir le fonctionnement de la pompe, du moteur et du dispositif D effectuant l'éjection des outils
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traités; et ues appareils de contrôle tels que le manomètre M.
L'opérateur prend les pièces à traiter, une à la fois, dans le four F et les place sur les couvercles ou écrans 21 placés au-dessus des jets. Aprés ['voir ainsi placé chacune des pièces, il appuie sur le bouton de démarrage S (figure 13), pour mettre cn marche la pompe fournissant le jet.
L'appareil de commande automatique C règle alors la pression et la durée de l'injection et, à l'achèvement du traitement, un bras éjecteur E est déclenché et la pièce est éjectée et tombe sur un transporteur d'évacuation T,
Comme la seule opération exécutée par l'ouvrier réside dans la mise en place des pièces à tremper sur les supports et dans la manoeuvre du bouton de mise en marche correspondant, il peut maintenir un grand nombre d'unités de traitement thermique en action, de sorte que la production d'outils, par homme, est beaucoup plus grande qu'avec l'ancien procédé de trempe à bassin peu profond et, comme on l'a dit précédemment, le produit est en outre de qualité constamment uniforme.
Le présent procédé de traitement thermique se prête aussi facilement à son adaptation au réaffùtage d'outils usés, et l'on a représenté sur les figures 16 à 20 l'application du présent procédé de réusinage et de réaffù.- taie destiné à rétablir les dimensions exactes des outils et à donner à ceux-ci le même tranchant et la même dureté que ceux possédés par des outils neufs.
On chauffe d'abord l'outil à réafùter 1 dans un brûleur à gaz vel que celui désigné par B sur les figures 16 et 17, la chaleur étant localisée à la surface à réaffùter.
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Bien qu'on puisse utiliser un dispositif de chauffage de toute forme appropriée, le brûleur à gaz représenté sur les figures 16 et 17 a été trouvé satisfaisant. Comme représenté , on donne à la face de ce brûleur une forme telle qu'elle épouse la face coupante de l'outil, et l'on recouvre partielle- ment sa surface d'une toile métallique 31 maintenue à une certaine distance de la face du brûleur par un cadre métalli- que 32 de même forme que le contour du brûleur. La face cou- pante de l'outil, qui est ainsi supportée immédiatement au-des- sus des orifices d'échappement de gaz du brûleur est chauffée à une température un peu plus basse que celle à laquelle l'acier devient non magnétique.
Pendant cette opération de chauffage, le corps de l'outil est protégé de la flamme du brûleur par la toile métallique 31 montée dans le cadre 32, de sorte qu'il n'est chauffé que par conduction de la face coupante et que, par conséquent, il ne risque pas d'être porté à une température susceptible de nuire aux propriétés qui lui ont été conférées par le traitement thermique. Après que la face coupante a été portée à la température désirée dans le brûleur, elle est soumise à une opération de recti- fication, ou d'usinage supplémentaire, qui consiste en une opération de fraisage à chaud pouvant être réalisée facile- -ment à l'aide de l'appareil de la figure 18.
Cet appareil est composé essentiellement d'une fraise rotative et d'un mandrin rotatif dans lequel l'outil est monté et transporté suivant un chemin convenablement dirigé par rapport à la fraise. Le mandrin comprend une broche 33 montée pour tourner dans des paliers de support 34. eux-mêmes montés pour cou- lisser dans des glissières de guidage 35 pratiquées dans un support fixe. Chaque palier est vissé séparément sur la
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broche de façon que les deux paliers puissent être rappro- chés ou éloignés l'un de l'autre pour régler exactement l'angle de ls broche par rapport aux glissières et, en même temps, permettre de régler la position de la broche en la rapprochant ou l'éloignant de la fraise.
La broche porte à son extrémité inférieure des mâchoires de serrage 26 qui s'ajustent dans les rainures ménagées entre les nervures 2 de l'outil et maintiennent celui-ci en place, ces mâchoires étant forcées contre l'outil par le cône coulissant à commande pneumatique habituel. La broche porte à son extrémité supérieure une poignée 35 à l'aide de laquelle on peut aisément la faire tourner dans les douilles de support taraudées pour rapprocher ou éloigner cette broche de la fraise 36.
Celle-ci possède la même forme que la fraise 24 utilisée pour usiner le branchant de l'outil au cours de sa fabrication initiale,
En fonctionnement, on serre l'outil dans les mâchoires ou mandrin sur l'extrémité de la oroche et on fait alors mouvoir la broche vers la fraise à l'aide de la poignée 38 jusqu'à ce que l'outil à usiner rencontre une butée de calibrage 37 montée en position fixe près de la fraise 36.
On déplace alors le mandrin dans ses glissières en travers de la face de la fraise 36, ce qui rectifie la face coupante de l'outil et lui redonne et forme initiale.
On donne à la broche 31 un quart de tour, entre chacune des opérations de coupe et la suivante, pour rectifier les quatre tranchants de l'outil. Après cette opération, on finit les faces circonférentielles des quatre dents coupantes pour dimensionner exactement l'outil. On a représenté sur la figure 19 l'opération réalisée par une fraise dentée cylindrique 40 qui, dans la pratique, sera
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supportée dans une position située au delà de la fraise 36 de façon que, après la dernière opération de cette fraise, l'outil puisse être amené à la position voulue pour être usiné par la fraise dentée cylindrique sans qu'il soit nécessaire de l'enlever du mandrin.
A l'achèvement de l'opération de réaffùtage, l'outil possédera la température voulue pour être convenablementtrempé par un jet d'eau froide tel que celui représenté sur la figure 20, ce jet pouvant être identique au jet 20 utilisé dans le traitement initial des outils.
Entre l'opération d'usinage finale, représentée sur la fige 19, et les opérations de trempe, effectuées pour durcir la surface coupante, l'outil peut, bien entendu, être réchaufféou refroidi de façon que la surface soit amenée à une température déterminée avant la trempe. Ceci n'est toutefois pas ordinairement nécessaire, car les opération)de fraisage sont des opérations de pratique courante produisant sensiblement la même variation de température. pour chaque outil.
Sur les figs. 21 à 25 inclus, on a représenté une autre façon d'établir des outils de la forme désirée. Selon le procédé représenté sur ces figures, on utilise des barres qui ont été laminées de façon à présenter non seulement la section transversale en forme de croix de la face coupante, mais aussi l'élargissement de la face extérieure des nervures, ce qui permet de se dispenser de l'opération d'usinage représentée et décrite au sujet de la figure 3.
On lamine la barre d'acier représentée sur la fig. 21; en vue de la fabrication des présents outils à partir d'une barre de diamètre constant, de telle manière
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que le grain le l'acier qui résulte de l'opération de laminage suive sensiblement; le contour extérieur de la barre.
La forme donnée à la oarre de la fig. 21 est celle qui a donné les résultats les plus satisfaisants pour le profil cruciforme de la face coupante. Pour d'autres types de faces coupantes, il faudrait nécessairement modifier quelque peu cette forme.
La forme des ailettes ou nervures 4 qui a donné les meilleurs résultats pour les outils de ce type comprend une portion supérieure 46 allant en s'élargissant coniquement et se raccordant à une seconde portion conique 47 allant en s'élargissant, mais d'inclinaison moindre, c'est-à-dire que la surface circonférentielle extérieure de la portion 47 se rapproche davantage de la douille cylindrique. Cette seconde portion conique 47 se raccorde à une troisième portion étroite 48, dont la conicité est si faible qu'elle est en réalité presque cylindrique. Grâce à cette construction, les extrémités extérieures des éléments coupants sont soutenues par une quantité importante de métal, ce qui diminue grandement l'usure et la rupture en ce point.
Dans la fabrication d'outils pour fleurets à partir de ces narres, comme représenté sur les figs. 22-25, on scie la parre à l'aide de scies à lames multiples dont les lames sont convenablement espacées les unes des autres, pour putenir es flans de la longueur d'un outil fini. Les scies travaillent ll conséquent au droit du grand diamètre 48 et du petit d Lamètre 43 le la carre, alternativement. Les flans résultants sont alors montés dans le mandrin d'une machineoutil spécialement construite dans laquelle les opérations suivantes sont réalisées : 1) un petit trou 12 est percé;
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2) ce trou est évidé coniquement comme représenté sur la figure 5 ; 3) le taraudage est effectué.
Ces opérations donnent aux flans découpés dans la barre façonnée de la figure 21 la même forme que celle que les outils reçoivent par usinage à partir de la barre 6 une fois tronçonnée et, à partir de ce stade, les opérations de fabrication restantes sont les mêmes.
Il ressort de la figure 22, sur laquelle le grain de l'acier est indiqué par des hachures, que ce grain s'étend d'une façon ininterrompue sur toute la longueur de la barre.
Dans les portions de petit diamètre, le grain est parallèle à l'axe de la barre sur toute la section transversale de celle- ci, alors que, dans les portions nervurées de plus grand diamètre, le grain est parallèle à l'axe au milieu de la nervure et s'étale graduellement pour suivre le contour des nervures près de la surface extérieure. Dans le cas de barres de section transversale constante (fig. 2), le grain est parallèle à l'axe de la barre en tous les points de celle-ci. La structure du grain des barres laminées est transférée aux outils lorsque ceux-ci sont fabriqués par le procédé décrit, et les outils résultants sont moins sujets à se rompre que ceux fabriqués par l'ancienne opération de forgeage.
Le point le plus faible de l'outil se trouve aux extrémités des ailes ou nervures de coupe, et la rupture la plus fréquente a lieu aux coins desdibes ailes. Non seulement c'est en ce point que l'outil est le plus faible, mais c'est là que s'effectue le plus grand degré de coupe.
La 'rupture d'un des coins de l'aile diminue l'efficacité de
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l'outil à un degré tel qu'il est alors préférable de le remplacer par un autre. 'un coin brisé réduit l'efficacité de coupe de 25%, de sorte que les dents ou nervures non brisées s'émoussent rapidement aux coins, ou se rompent. Lorsque ceci se prouuit,le diamètre de la dent ou nervure coupante est plus petit que le diamètre de l'outil en travers des ailes, et l'outil ce,se de pouvoir être utilisé alors même que les dents seraient encore suffisamment tranchantes sur la majeure partie de leur longueur pour continuer leur service.
L'outil faisant l'objet de la présente invention est beaucoup moins sujet à se rompre que les outils antérieurs pour cette raison que la force du choc a lieu dans la direction des fibres de l'acier, et non dans une direction inclinée ou transversale aux fibres. Ceci est particulièrement le cas des outils fabriqués à partir des barres profilées spéciales de la figure 21.
Un autre avantage marqué des outils fabriqués à paruir de barres d'acier profilées par la.minage, plutôt que par forgeage, réside dans le fait que la face coupante de l'outil possède dans toutes ses parties une texture et une densité sensiblement constantes, alors que, dans l'outil forgé, la structure et la densité du grain varient considérablement dans différentes parties de la face coupante. Ceci est mis en évidence si l'on considère l'effet de l'outil sur la structure du grain lorsque l'extrémité de la barre à l'aide de laquelle ledit outil est fabriqué est élargie ou refoulée par un choc ou une poussée exercé suivant l'axe de la barre. sur la figure 25, on a représenté le grain d'un outil forgé typique.
On voit que les barres à partir des-
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quelles les outils sont fabriqués par l'ancien procédé sont laminées à un'diamètre constant et que, par conséquent, avant que la section de barre ait été forgée e'n vue de la production de l'outil, cette section possède une structure de grain longitudinale uniforme, analogue à la structure de grain des portions de diamètre moindre de la barre façonnée utilisée poùr fabriquer les présents outils. Pour façonner les outils par l'ancien procédé, on chauffe l'extrémité de la barre et on sectionne un tronçon, qui est alors matricé ou martelé à la forme désirée. Les barres ont ordinairement un diamètre plus petit que la portion de douille taraudée de l'outil.
Une section de barre de dimension typique est représentée en 10 par des lignes de traits mixtes sur la figure 25.
Le découpage du métal chaud par la. cisaille ordinaire provoque habituellement la formation d'une lèvre ou élargissement d'un côté, comme indiqué.
Les tronçons chauffés sont alors matricés ou martelés à la forme désirée par une pression exercée sur les extrémités desdits tronçons, c'est-à-dire dans'la direction ,de la longueur de la barre; ce qui occasionne.inévitablement une flexion et une déformation des fibres. On a repré- senté en 9 sur la figure 25 la section longitudinale d'un outil typique de l'ancien type forgé. En pratiquant des sections à travers ces outils forgés et rongeant à l'acide la surface coupée pour faire ressortir la structure du grain, on constate que la structure longitudinale uniforme du grain de la barre a été complètement détruite. Les lignes pointillées de la figure 25 indiquent cette déformation de la structure du grain.
Au milieu de l'outil, les fibres sont
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recourbées dans les deux sens comme indiqué. Dans cette partie de l'outil, le métal ne possède pas de direction de moindre résistance suivant laquelle il est susceptible de s'étaler ou "couler", de sorte que sa poussée s'exerce dans toutes les directions, d'où résulte en quelque sorte un émiettement du grain de l'acier.
Au bord de l'outil, endroit où le métal peut s'étaler vers l'extérieur sous la force de la presse ou du marteau, les fibres tendent à s'infléchir vers l'extérieur, mais il n'existe pas de régularité dans ce pliage, et la texture et la densité uniformes de l'outil sont complètement détruites.
En particulier, l'outil est considérablement affaibli aux coins oà le choc qui intervient dans les opérations de pergage est le plus intense, comme il a été expliqué précédemment.
La densité et la texture uniformes de l'acier en' travers de la face coupante facilite grandement l'obtention d'une surface coupante de qualités uniformes de dureté et de résistance à l'usure. Elles permettent de chauffer uniformément ou refroidir la face coupante au cours de l'opération de trempe et, étant donné que cette face est en tous ses points transversale aux fibres du métal, son usure est beaucoup plus uniforme que lorsque la structure du grain du métal est déformée par le forgeage. Les outils peuvent par conséquent être utilisés d'une manière efficace jusqu'à ce que leurs tranchants aient été émoussés sur toute leur étendue.
Le présent outil perfectionné est pourvu d'un taraudage conique en vue de son utilisation sur des fleurets comportant une partie filetée complémentaire, comme représenté sur les figs. 11 et 12, mais il va de soi que le même procédé de fabrication peut être utilisé pour la fabrication d'outils
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comportant le taraudage cylindrique plus courant. Le taraudage conique présente l'avantage que l'outil peut être vissé sur le fleuret ou dévissé du fleuret par un nombre de tours moindre, et par conséquent plus rapidement. Il présente aussi l'avantage d'assurer une plus grande quantité de métal à la base de la douille taraudée, endroit où cette douille se raccorde à l'extrémité de coupe.
Dans le fonctionnement des outils pour fleurets, ceci est la zone où le choc est le plus intense, et la surépaisseur de métal en ce point diminue notablement le risque de rupture.
Sur les figures 11 et 12, on a représenté un type de fleuret-perfectionné qui convient particulièrement pour les outils de la construction représentée. Sur ces figures, l'extrémité conique 40 du fleuret n'est pas filetée sur toute sa longueur. Cette extrémité présente au plus petit bout un ' prolongement cylindrique 41 qui est usiné sur sa face extrême de façon à constituer un tranchant 42, comme représenté plus particulièrement sur la figure 12. Cette construction est particulièrement désirable dans le cas d'out ils rapportés présentant des grands trous centraux.
Avec ces outils, un noyau montant est susceptible de se former et de subsister au centre du trou en cours de perforation et, à moins que ce noyau ne soit brisé au cours de la perforation, il risque de contrecarrer la force des tranchants agissant contre la roche au fond du trou. En raison de la présence du bord tranchant 42 à l'extrémité du fleuret, le noyau central se brise aussitôt qu'il atteint une' hauteur telle qu'il est attaqué par ledit bord prévu à l'extrémité du fleuret, de sorte que le noyau ne risque pas de faire obstacle au fonctionnement satisfaisant de la perforatrice.
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Comme on l'a dit précédemment, le type d'outil détachable représenté sur les dessins n'a été choisi qu'à titre explicatif, et l'invention n'est pas limitée à cette forme d'outil rapporté particulière, pas plus qu'elle n'est limitée à la forme particulière de la barre à partir de laquelle cet outil est fabriqué.
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"REPORTED BUTT FOR FLOWERS AND PROCESS FOR MAKING IT"
The present invention relates to improvements made to the methods of manufacturing inserts or cutting tools for perforator drills and to the improved inserts obtained by these methods.
In this last decade, the tips or insert cutting tools for punches have largely replaced the old type of foil obtained by reforging and resharpening the end of a foil bar of the desired length. Pneumatic impact drills are universally used in mines, quarries, excavation works, tunnels, etc., whenever a rock or ore needs to be dug and, until the appearance
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of the present tool, it was common practice to use for this purpose hollow foil bar sections, round or hexagonal in section, having a shaped end and heat-treated to provide a cutting edge.
About eight or ten years ago that the puncher with a detachable cutting tool or with attached end, made its appearance, the inserted end being essentially constituted by a small cylindrical section of tool steel on one end of which a cutting edge has was formed by a forging operation and a heat treatment similar to those previously applied to sharpen the end of the drill bit itself, the other end being established in the form of a threaded sleeve to be screwed on a corresponding thread provided in the end of the foil body.
Considerable difficulties have always been experienced in the manufacture of these attached cutting tools, in particular in forging and forming the thread. These difficulties were manifested by forging cracks and decarburization of the surface, as well as a lack of uniformity in the shape of the tools and their threads. Despite these drawbacks, there was no more satisfactory process than forging which makes it possible to manufacture the insert cutting tools for drills, and the 75,000 tools which constitute approximately the current daily production. The are all manufactured by forging.
The present invention relates to a process for manufacturing such tools whereby these tools are machined by automatic metalworking machines from a steel bar of the desired shape and composition, without heating. and forge the tool
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in the way that had been adopted to this day.
The present manufacturing process lowers the cost price and increases production. It also produces tools of absolutely constant size and shape that can be easily sharpened to produce edges of uniform hardness without weakening the rest of the tool or making it prone to breakage. The tools produced by the present manufacturing process, in addition to having a more constant size and shape and being free from internal forces due to forging, have better cutting edges, are easier to resharpen and are provided with 'more precise tapping, which allows them to be reused more times than is possible with tools made by the old forging process.
In the accompanying drawings, there is shown the present 'insert or improved cutting tool and the successive operations of its manufacture from the initial bar.
On these drawings:
Figure 1 shows the finished tool in perspective.
Figure 2 shows in perspective a fragment of the profiled bar from which the cutting tools or inserts of the punch bits are made.
Figures 3 to 6 show the successive stages of the manufacturing operation performed on the end of the bar of Figure 2 before this end is cut to the length of a tool.
FIG. 7 represents the process applied to machine the end face of the tool so as to provide the latter with its cutting edges.
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Figure 8 shows this stage in perspective.
Figure 9 shows the finished cutting face of the tool.
Figures 10 to 12 show a completed cutting tool, the end of a drill bit, and the method of securing the tool and the drill bit to each other for use.
Figures 13 to 15 show the heat treatment apparatus and method used in the manufacture of cutting tools or inserts for drills.
Figures 16 to 20 show the apparatus and method for resharpening foil cutting tools made by this method.
Fig. 21 shows a specially shaped steel bar from which cutting tools for foils having certain advantages described below are made.
Figure 22 shows the bar in longitudinal section.
FIG. 23 represents a tool finished by a section through two planes passing respectively through the portion in the form of a wing and through the portion in the form of an intermediate sleeve.
Figure 24 is a longitudinal section of the tool and shows the grain structure resulting from the rolling operation used to shape the bar from which the tools are made.
Figure 25 is a similar longitudinal section of a tool of the same shape, but having been manufactured by the forging operations applied to date.
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In the drawing, figure 1 shows the finished tool which, as previously described, comprises a portion in the form of a threaded sleeve 1, by means of which said tool is secured to the threaded end of the drawing. 'a foil, as shown in figs. 10 to 12. The sleeve 1 is slightly tapered on the outside to match the shape of the widened end 2 of the foil 3, and it is also preferably tapered on the inside to ensure rapid loosening of the thread. These characteristics are not essential, however. The sleeve can have a constant outside diameter over its entire length, just as the threaded cavity can have a constant diameter.
Beyond the threaded sleeve 1, the diameter of the tool is enlarged in two diameters which intersect at right angles, the enlarged portions 4 being shaped so as to give the cutting edges 2 the shape of a cross, which is that most commonly used for hole punch tools. Other types of cutting edges can be obtained by choosing bars of different shapes, for example tools of the chisel type and tools of the rosette type, which, with slight modifications, can be manufactured by the present process, described below. .
The bar 6 from which the tools are made is preferably a shaped cold-rolled steel bar for the manufacture of cruciform tools, as shown in Fig. 2. In this form, the bar can be viewed as. having a constant circular cross section which corresponds to the maximum diameter of the cutting edges 5, this bar comprising four portions of maximum diameter 2 alternating with four others
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portions of smaller diameter, indicated at 8. The portions of larger diameter 2 are in reality ribs whose sides are parallel to the diametrical planes passing through the center lines of the opposing ribs.
The bars 6 are preferably cold rolled to the profiles shown, but they could be made from round bars by milling the intermediate portions between the ribs 7.
To make the foil tools from bar 6, a section of bar is mounted in the chuck of a machine tool with the end of the bar protruding from the face of the chuck to a degree a little greater than the length of the tool. As shown in Figure 3, two operations can be performed simultaneously on the protruding end of the bar.
These operations are the drilling of a small hole 12 in the center of the end of the bar, to a depth greater than the length of the tool, and the machining of the outside of the bar to the shape and the desired diameter for socket 1 of the finished tool, as indicated at 13, the hatched area indicating the metal removed from the portions @ of the bar of larger diameter, i.e. ribs, the intermediate portions of smaller diameter that have not been affected. Once these two operations have been carried out, the exposed end of the bar is drilled or matted to remove the metal represented by the hatching 14 in FIG. 4, so as to constitute a conical cavity 14a (FIG. 5).
After the conical hole 14a has been drilled to the desired depth for tapping, the tapered base of the hole is cut as shown at 16 in Figure 5 and,
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before completing the cutting (already blank in 15) of the end of the bar, the internal thread 17 is cut on the internal wall of the sleeve obtained by drilling the large hole 14a and by machining the outside diameter of the tool, as previously described. The cutting operation is then completed and the remaining operations of the tool manufacturing are carried out on the separate tools.
Parting off operations can be performed using a saw or, preferably, using a narrow lathe tool which removes the bar portion indicated at 15. Parting off may also be performed during operations. drilling and machining. It is adjusted so that a sufficient quantity of metal remains until the completion of the operations to support the end of the bar and transmit its rotation to the latter.
The entire cutting operation can be carried out in the above-mentioned manner, but it has been found in practice that this operation is facilitated and that a better product is obtained if the ribbed portions 2 of the bar 6 are cut, as indicated by dotted lines at 15a in Figure 2, using multi-blade saws, the blades of which are suitably spaced along the entire length of bar 6, prior to commencement of the previously explained manufacturing operations. The cutting is then continued in the manner previously explained by a narrow lathe tool working along the kerf of the ribs on the circular portion of small diameter 8.
It will be noted that the small hole 12 is extended beyond the groove 15 and penetrates into the end of the bar intended to constitute the next tool, which constitutes a
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centering hole for the following drilling operation.
At this stage of the manufacturing operation, the tool has received the desired shape, with the exception of the cutting face which is now a simple flat surface, transverse to the axis of the bar and of the same profile as the initial bar.
Figures 7, 8 show the unfinished tool 25 at this point.
To shape the cutting edge of the tool, the device used for milling the gears is preferably used, this device essentially comprising a rotary shaft carrying a discoid-shaped milling tool but the periphery of which, which constitutes the cutting edge, is bevelled on the side. and the other of a median plane of maximum diameter.
No attempt was made to represent the details of this cutter, which is a well-known tool mainly used to cut grooves of the same shape as the periphery of the cutter in olocs, plates, etc.
In FIGS. 7 and 8, the perforating tool is shown in the position it occupies with respect to the milling cutter 24 at the moment when the first of the four grooves which are cut on the face of the unfinished tool 25 to form cutting edges 5 is about to be completed. It can be seen that the end of the unfinished tool 25 is held at the desired angle against the countersink 24, hence. as a result, four teeth or wedge-shaped cutting portions 2 (FIG. 9) are formed on 16 faces of the tool.
The tool thus obtained is identical, in shape, to the tools produced to date by forging. It is sometimes made of a mild, tough steel, and it is necessary to heat it to give the cutting edges sufficient hardness. If the op-
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The milling ration described last, that is to say the operation carried out using the gear milling cutter, is carried out with sufficient care, it will not be necessary to rectify the tools or subject them to additional machining operations, but, if desired, the cutting edges of the tools can be given a more precise shape, having quenching, by using a grinding machine.
A grinding machine comprising a circular grinding wheel, the periphery of which has the same shape as the gear cutter will preferably be used for this purpose.
To properly harden the cutting edges, the tools must be heat treated and the hardening or quenching effect is limited to the cutting face. If it were otherwise, the socket and its internal thread would be made too brittle to withstand the enormous impacts to which the attached tools for hammer drills are subjected. To this end, the Applicant has devised a special method for subjecting cutting tools or inserts for drills to a heat treatment, which method not only effects the quenching of the cutting face, but also simultaneously gives a desired degree. toughness to the rest of the tool, so that the cutting edge acquires the desired hardness and at the same time the impact resistance properties of the socket and its thread are increased.
To achieve this heat treatment, as shown in Figures 13 to 15, the entire tool is heated in an oven to the desired temperature, in the vicinity of 842 0, and then quenched on its cutting face with a jet of water. projected under pressure on the end face of the part, protecting the rest of the part as shown.
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felt in figs. 14 and 15 so as to prevent it from coming into contact with water. This surface quenching is in particular advantageous for manufacturing carried out on a large scale, given that it takes place in the minimum of time and that, by automatic adjustment of the pressure and temperature of the water, the size of the jet and the duration of the operation, identical effects are assured.
In the old surface quenching processes, in which the object with the surface to be quenched was immersed in a shallow basin of water, to a degree just sufficient to flood the surface to be quenched, the production of steam at the surface slowed the flow. quenching process to a considerable degree and gave rise to soft areas and quenching irregularities due to the insulating effect of the adhering vapor bubbles. This production of water vapor in a shallow basin introduces a variable factor into the heat treatment which can only be remedied by a specialist or experienced craftsman who, by careful observation, is able to realize when the effect desired is achieved by the color variation of the surface.
On the contrary, with the jet under pressure, the vapor generated at any time is immediately condensed by the water coming directly after it, so that its effect is negligible and the surface is quenched uniformly.
After the surface has been soaked in the manner previously described by an automatically adjusted full pressure jet, the water inlet is not suddenly cut off, but the volume of the jet is automatically reduced to a precisely determined value and such that 'it is just enough to
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maintaining the quenched surface in a cold state to counteract the tendency of the still hot body of the tool to heat it up.
By carefully limiting the quenching to the surface to be hardened, we can be sure that the quantity of heat which is borrowed from the metal of the tool beyond the cutting face is very small, and that, consequently, this portion of the tool will cool slowly, so that the socket and the metal at the base of this socket will be brought to a state of t, enace, fibrous and suitable for absorbing shocks, which greatly improves the resistance of this part of the tool to internal stresses and breaking.
In FIGS. 13, 14 and 15, there is shown an apparatus suitable for making it possible to carry out the heat treatment described above in an efficient and economical manner. F denotes an oven in which a load of tools is continuously maintained at the desired temperature. Near this furnace are arranged, within easy reach of the operator, a series of quenching devices such as the one shown. Each of these devices is composed of a tubular support 20 provided with a hinged cover 21 having four holes, as shown in FIG. 15, of a shape such that they receive the four cutting edges of the tool and protect the rest of said tool against the water jet enveloped by the tubular support.
The supports 21 are mounted along the upper part of a water tank W, and each of them is provided with an individual automatic regulator comprising a pump P with control motor; an electrical control device C for controlling the operation of the pump, the motor and the device D ejecting the tools
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treated; and control devices such as the M.
The operator takes the parts to be treated, one at a time, in the oven F and places them on the covers or screens 21 placed above the jets. After ['seeing thus placed each of the parts, he presses the start button S (FIG. 13), to start the pump supplying the jet.
The automatic control unit C then adjusts the pressure and duration of the injection and, at the end of the treatment, an ejector arm E is triggered and the workpiece is ejected and falls onto an evacuation conveyor T,
As the only operation performed by the worker lies in placing the parts to be quenched on the supports and in operating the corresponding start button, he can keep a large number of heat treatment units in action, thus so that the production of tools, per man, is much greater than with the old shallow basin quenching process, and, as said before, the product is also of consistently uniform quality.
The present heat treatment process also lends itself easily to its adaptation to the resharpening of worn tools, and FIGS. 16 to 20 have shown the application of the present reshaping and resharpening process intended to restore the shafts. exact dimensions of the tools and to give them the same cutting edge and the same hardness as those possessed by new tools.
The tool 1 to be resharpened is first heated in a gas burner vel as that designated by B in FIGS. 16 and 17, the heat being localized at the surface to be resharpened.
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Although a heater of any suitable form can be used, the gas burner shown in Figures 16 and 17 has been found satisfactory. As shown, the face of this burner is given a shape such that it matches the cutting face of the tool, and its surface is partially covered with a wire mesh 31 maintained at a certain distance from the face. burner by a metal frame 32 of the same shape as the contour of the burner. The cutting face of the tool, which is thus supported immediately above the gas outlets of the burner, is heated to a temperature somewhat lower than that at which the steel becomes non-magnetic.
During this heating operation, the body of the tool is protected from the flame of the burner by the wire mesh 31 mounted in the frame 32, so that it is heated only by conduction of the cutting face and that, by consequently, there is no risk of being brought to a temperature liable to adversely affect the properties which have been conferred on it by the heat treatment. After the cutting face has been brought to the desired temperature in the burner, it is subjected to a grinding operation, or additional machining, which consists of a hot milling operation which can be carried out easily. using the device in figure 18.
This apparatus is essentially composed of a rotating milling cutter and a rotating mandrel in which the tool is mounted and transported along a path suitably directed with respect to the milling cutter. The mandrel comprises a spindle 33 mounted to rotate in support bearings 34, themselves mounted to slide in guide rails 35 formed in a fixed support. Each bearing is screwed separately to the
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spindle so that the two bearings can be moved closer to or far from each other to precisely adjust the angle of the spindle with respect to the slides and, at the same time, allow the position of the spindle to be adjusted in the moving it closer to or away from the strawberry.
The spindle carries at its lower end clamping jaws 26 which fit into the grooves formed between the ribs 2 of the tool and hold the latter in place, these jaws being forced against the tool by the controlled sliding cone. usual pneumatic. The spindle carries at its upper end a handle 35 with the aid of which it can easily be rotated in the threaded support sleeves to bring this spindle closer or further away from the cutter 36.
This has the same shape as the cutter 24 used to machine the branch of the tool during its initial manufacture,
In operation, the tool is clamped in the jaws or mandrel on the end of the oroche and the spindle is then moved towards the milling cutter using the handle 38 until the tool to be machined meets a calibration stop 37 mounted in a fixed position near the cutter 36.
The mandrel is then moved in its slides across the face of the milling cutter 36, which rectifies the cutting face of the tool and restores it to its initial shape.
The spindle 31 is given a quarter turn, between each of the cutting operations and the next, to rectify the four cutting edges of the tool. After this operation, the circumferential faces of the four cutting teeth are finished in order to dimension the tool exactly. FIG. 19 shows the operation carried out by a cylindrical toothed milling cutter 40 which, in practice, will be
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supported in a position located beyond the milling cutter 36 so that, after the last operation of this milling cutter, the tool can be brought to the desired position to be machined by the cylindrical toothed milling cutter without the need for it. remove from the chuck.
On completion of the resharpening operation, the tool will have the desired temperature to be suitably quenched by a jet of cold water such as that shown in FIG. 20, this jet possibly being identical to the jet 20 used in the initial treatment. tools.
Between the final machining operation, shown in fig 19, and the quenching operations, carried out to harden the cutting surface, the tool can, of course, be heated or cooled so that the surface is brought to a determined temperature. before quenching. This is not usually necessary, however, since milling operations are standard practice operations producing substantially the same temperature variation. for each tool.
In figs. 21 to 25 inclusive, another way of establishing tools of the desired shape is shown. According to the method shown in these figures, bars are used which have been rolled so as to present not only the cross-section in the form of a cross of the cutting face, but also the widening of the outer face of the ribs, which makes it possible to dispense with the machining operation shown and described in connection with figure 3.
The steel bar shown in FIG. 21; for the production of the present tools from a bar of constant diameter, in such a way
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that the grain and the steel which results from the rolling operation follow substantially; the outer contour of the bar.
The shape given to the oarre in fig. 21 is the one which gave the most satisfactory results for the cruciform profile of the cutting face. For other types of cutting faces, this shape would necessarily have to be modified somewhat.
The shape of the fins or ribs 4 which has given the best results for tools of this type comprises an upper portion 46 which widens conically and connects to a second conical portion 47 which widens, but of less inclination. that is, the outer circumferential surface of portion 47 comes closer to the cylindrical sleeve. This second conical portion 47 connects to a third narrow portion 48, the taper of which is so small that it is in reality almost cylindrical. Thanks to this construction, the outer ends of the cutting elements are supported by a significant amount of metal, which greatly reduces wear and breakage at this point.
In the manufacture of foil tools from these nostrils, as shown in figs. 22-25, the parre is sawed using multi-blade saws the blades of which are suitably spaced from each other, to hold the blanks the length of a finished tool. The saws work accordingly to the right of the large diameter 48 and the small diameter 43 of the square, alternately. The resulting blanks are then mounted in the mandrel of a specially constructed machine tool in which the following operations are performed: 1) a small hole 12 is drilled;
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2) this hole is conically hollowed out as shown in Figure 5; 3) tapping is carried out.
These operations give the blanks cut from the shaped bar of Fig. 21 the same shape that the tools receive by machining from the bar 6 when cut, and from this point on the remaining manufacturing operations are the same. .
It appears from Figure 22, on which the grain of the steel is indicated by hatching, that this grain extends uninterruptedly over the entire length of the bar.
In the small diameter portions, the grain is parallel to the axis of the bar over the entire cross section of the bar, while in the larger diameter ribbed portions the grain is parallel to the axis in the middle. of the rib and gradually spreads to follow the contour of the ribs near the outer surface. In the case of bars of constant cross section (fig. 2), the grain is parallel to the axis of the bar at all points thereof. The grain structure of the rolled bars is transferred to the tools when these are made by the described process, and the resulting tools are less prone to breakage than those made by the old forging operation.
The weakest point of the tool is at the ends of the flanges or cutting ribs, and the most common breakage is at the corners of the flange. Not only is the tool weakest at this point, but it is here that the greatest degree of cut is made.
Breaking one corner of the wing decreases the effectiveness of
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the tool to such an extent that it is then better to replace it with another. A broken wedge reduces cutting efficiency by 25%, so that unbroken teeth or ribs quickly dull at the corners, or break. When this happens, the diameter of the cutting tooth or rib is smaller than the diameter of the tool across the wings, and the tool can be used even though the teeth are still sharp enough on the side. most of their length to continue their service.
The tool which is the object of the present invention is much less prone to breakage than the prior tools for this reason that the force of the impact takes place in the direction of the fibers of the steel, and not in an inclined or transverse direction. to fibers. This is especially the case with tools made from the special profile bars in Figure 21.
Another marked advantage of tools made from profiled steel bars by mining, rather than by forging, is that the cutting face of the tool has substantially constant texture and density in all parts, whereas, in the forged tool, the structure and density of the grain vary considerably in different parts of the cutting face. This is evidenced by considering the effect of the tool on the grain structure when the end of the bar with the help of which said tool is made is widened or pushed back by a shock or thrust exerted. along the axis of the bar. FIG. 25 shows the grain of a typical forged tool.
We see that the bars from-
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which tools are made by the old process are rolled to a constant diameter and therefore, before the bar section has been forged for production of the tool, this section has a structure of Uniform longitudinal grain, analogous to the grain structure of the smaller diameter portions of the shaped bar used in making the present tools. To shape the tools by the old process, the end of the bar is heated and a section is cut, which is then stamped or hammered to the desired shape. Bars are usually smaller in diameter than the threaded sleeve portion of the tool.
A typical dimension bar section is shown at 10 by dashed lines in Figure 25.
The cutting of hot metal by the. Regular shears usually cause a lip to form or widen on one side, as shown.
The heated sections are then stamped or hammered to the desired shape by pressure exerted on the ends of said sections, that is to say in the direction, the length of the bar; which inevitably causes bending and deformation of the fibers. Shown at 9 in Figure 25 is the longitudinal section of a typical tool of the old forged type. By making sections through these forged tools and acid gnawing the cut surface to bring out the grain structure, it is found that the uniform longitudinal grain structure of the bar has been completely destroyed. The dotted lines in Fig. 25 indicate this deformation of the grain structure.
In the middle of the tool, the fibers are
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curved in both directions as shown. In this part of the tool, the metal does not have a direction of least resistance in which it is likely to spread or "sink", so that its thrust is exerted in all directions, resulting in some sort of crumbling of the grain of the steel.
At the edge of the tool, where the metal can spread outward under the force of the press or hammer, the fibers tend to bend outward, but there is no regularity in this bending, and the uniform texture and density of the tool are completely destroyed.
In particular, the tool is considerably weakened at the corners where the shock which occurs in the pergage operations is the most intense, as has been explained previously.
The uniform density and texture of the steel across the cutting face greatly facilitates obtaining a cutting surface of uniform qualities of hardness and wear resistance. They allow the cutting face to be uniformly heated or cooled during the quenching operation and, given that this face is at all its points transverse to the fibers of the metal, its wear is much more uniform than when the structure of the grain of the metal is deformed by forging. The tools can therefore be used effectively until their cutting edges have been blunted throughout.
The present improved tool is provided with a tapered thread for use on foils comprising a complementary threaded part, as shown in FIGS. 11 and 12, but it goes without saying that the same manufacturing process can be used for the manufacture of tools
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featuring the more common cylindrical thread. The taper tapping has the advantage that the tool can be screwed onto the foil or unscrewed from the foil with fewer turns, and therefore more quickly. It also has the advantage of ensuring a greater quantity of metal at the base of the threaded sleeve, where this sleeve connects to the cutting end.
In the operation of tools for foils, this is the zone where the impact is the most intense, and the extra thickness of the metal at this point significantly reduces the risk of breakage.
In Figures 11 and 12, there is shown an improved type of foil which is particularly suitable for tools of the construction shown. In these figures, the conical end 40 of the foil is not threaded over its entire length. This end has at the smaller end a cylindrical extension 41 which is machined on its end face so as to constitute a cutting edge 42, as shown more particularly in FIG. 12. This construction is particularly desirable in the case of inserts having large central holes.
With these tools, a rising core is likely to form and remain in the center of the hole being punched and, unless this core is broken during punching, it may counteract the force of the cutting edges acting against the hole. rock at the bottom of the hole. Due to the presence of the cutting edge 42 at the end of the foil, the central core breaks as soon as it reaches a height such that it is attacked by said edge provided at the end of the foil, so that the core is not likely to interfere with satisfactory operation of the punch.
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As stated previously, the type of detachable tool shown in the drawings has been chosen for explanatory purposes only, and the invention is not limited to this particular form of attached tool, nor it is not limited to the particular shape of the bar from which this tool is made.