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Mèche.
Pour forer dans le sens longitudinal, par exemple des barreaux ronds, on utilise très souvent des mèches dénommées à langue d'as- pic. Ces dernières présentent cependant l'inconvénient de ne per- mettre qu'un travail à une vitesse de coupe relativement petite car l'enlèvement, à l'aide d'une substance de refroidissement, de la chaleur libéréè à l'arête tranchante et à la pointe ne peut se faire que très difficilement ; en outre, :La mèche a tendance à dé- vier de la ligne médiane. Aussi, de par cette vitesse de coupe peu élevée, due aux conditions de refroidissement défectueuses et de par la faible avance de l'outil, le rendement de l'opération est nettement inférieur à celui réalisé lors de l'alésage de trous exis- tant au préalable.
La présente invention préconise une mèche, spécialement adap- tée au forage,dans le sens longitudinal de barres rondes, ne pré-
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sentant pas l'inconvénient précité. L' invention consiste en ce que la mèche est forcée par une succession en gradins d'une série de tranchants élémentaires ; la gradation étant choisie de manière a ce que le produit de la vitesse de coupe par la Hauteur du tran- chant soit une constante pour tous les paliers, de sorte que dans chacun d'eux, une quantité égale de chaleur est dégagée lors de la formation du copeau.
Au dessin ci-joint sont représentées quelques formes de réa- lisation, données à titre d'exemples, de la mècne suivant la pré- sente invention. Ainsi : la fig.l montre une vue latérale de la mèche et des canalisa- tions amenant la substance de refroidissement , la fig.2 montre une vue en plan de la fig.1; la fig.3 montre une coupe longitudinale à travers une mèche à noyau ; la fig.4 montre une vue latérale d'une mèche pour de très petits diamètres ; la fig.5 montre une vue en plan de la fig.4.
Les fig.5 à 9 représentent des coupes à travers une mèche exécutée suivant les fig.4 et 5.
Les fig.10 et 11 donnent une forme de réalisation d'une mèche à canon.
La fig.13 montre, en vue latérale, les tranchants de la mèche avec les inclinaisons .différentes due présente chacun d'eux, ainsi que les dégagements pratiqués derrière les extrémités des bran- chants et la enfin montre une coupe longitudinale à travers une boite de mélange pour la substance de refroidissement,
Comme le montrent les différentes figures, l'arête tranchan- te de la mèche est, suivant la présente invention, formée par une succession de différents paliers 1. Au fur et a mesure que, par- lent de la pointe de la mèche, on se rapproche du diamètre maximum, la hauteur 2 de cnacun des paliers diminue, tandis que leur longueur
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3 augmente..
Les miches sont poucvues de canalisations 4 amenant la substance de refroidissement ;'grâce à elles, cette dernière est projetée vers la pointe de l'outil ; la mèche étant, dans sa plus grande largeur, pourvue d'une boite de mélange permettant d'augmenter l'action de la force de projection. Cette boite de mé- lange est formée par un carter 5 (fig.14) pourvu d'un orifice ser- vant à récevoir le tube 6. Ce dernier présente un évasement 7 de sorte qu'il existe un espace annulaire libre entre le tube 6 et le carter 5. L'extrémité 8, pénétrant dans le carter 5 du tube 6, a une forme conique de sorte qu'elle constitue à cet endroit une sorte de joint étanche pour la substance de refroidissement entrant par l'orifice 9 dans le carter 5.
Le tube 6 peut, grâce à un rac- cord à vis, être déplacé dans sa direction axiale, de sorte que, lorsque le tube 6 est déplacé vers l'arrière, les substances de refroidissement, arrivant en 9 et par le tube 6, sont mélangées l'une à l'autre et pulvérisées dans la boite de mélange 10 du carter 5.
-Afin d'exposer les avantages que présente la mèche suivant l'invention, il apparaît intéressant d'examiner le rapport qu'il existe entre la quantité de chaleur dégagée à chacun des paliers et les vitesses de coupe inégales provenant de la différence entre les diàmètres ; il faut que la quantité de chaleur dégagée à chaque palier soit exactement ou approximativement la même, afin d'obtenir une répartition aussi uniforme que possible sur toute la longueur du tranchant de la chaleur développée. La considération suivante permet de simplifier le calcul des chaleurs dégagées.
Si un copeau de 10 mm.de largeur et de 0,1 mm. d'épaisseur fournit, dans l'unité de temps, une quantité de chaleur A à une vitesse de coupe de 15 m., un copeau de 1 mm. de largeur, 0,1 mm. d'épaisseur, pour une même vitesse de coupe de 15 m., developpera A/10, c'est-à-dire environ le dixième de la quantité de chaleur pré- cédente. En outre, on peut grosso-modo admettre qu'à des vitesses ,de coupe plus faibles, une largeur de coupe proportionnellement plus
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grande développe la même quantité de chaleur. Ainsi, en se rappar- tant à l'exemple cité ci-dessus, un copeau de 20 mm. de largeur, 0,1 mm. d'épaisseur, pour une vitesse de 7,5 m, dégagera une quan- tité de chaleur à peu près égale à A.
Exemple de réalisation : Soit à forer un trou dont le diamètre maximum est de 75 mm. La machine, l'acier de l'outil et la pièce permettent une vitesse de coupe de 15 M.
Ò. d . n = 15000 mm/minute n = 15000 = environ 64 tours/min.
Ò. 75 b étant la différence de hauteur entre deux Gredins successifs, le dégagement de chaleur à chaque étage (si on prend pour le pre- mier étage b = 2,5 mm) est déterminé par le produit : Ò. d . n . 2,5 = 15000 . 2,5 ou bien Ò. n . d . b = 15000. 2,5 Ò et n sont des constantes :
Ò. 64 = environ 200
200 . d . b = 37500 Pour chaque d d'un gradin, la valeur correspondante de b est donnée par b = 37500 ou b 188 d . 200 b75 188/75 = 2,5066 ou environ 2,5 mm de hauteur 75-2 . 2,5 = 70 mm 75 de gradin b50=188/70= 2,6857 ou environ 2,5 van " 70-2 . 2,5 = 65 mm b65=188/65= 2,8923 ou environ 3 mm " 65-2 .3 = 59 mm b59=188/59= 3,1864 ou environ 3 mm " 59-2 . 3 = 53 mm b53=188/53= 3,5471 ou environ 3,5 mm " 53-2 . 3,5 = 46 mm b46=188/46 = 4,0869 ou environ 4 mm " 46-2.4 = 38 mm b38=188/38 = 4,9473 ou environ 5 mm " 38-2 5 = 28 mm b28=188/28= 6,7142 ou environ 7 mm " 28-2 .
7 = 14 mm
Il est bon de ne pas donner, pour cette grandeur de mèche, au. diamètre le plus petit (dans l'exemple ci-dessus . 14 mm) une va- leur plus faible, sinon il resterait trop peu d'acier pour permet- tre le dégagement de la chaleur développée à la pointe et d'autre
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part, les substances refroidissantes ne pénétreraient pa.s conve- nablement jusqu'à la pointe. Pourtant, il est encore possible de provoquer la subdivision d'un copeau à la pointe (rainure pour briser les copeaux.).
La distance séparant l'un de l'autre les paliers mentionnés ci-dessus doit, suivant l'invention, être suffisante pour que la quantité d'acier restant entre eux puisse convenablement absorber la,chaleur développée par les tranchants. La réalisation de cette condition donne à'la mèche une forme relativement allongée, on aura une idée de la grandeur de la distance 3 entre deux paliers sachant que, dans l'exemple prédite d'une mèche de 75 mm. de diamètre, ces distances sont d'environ 10 - 15 mm, cette valeur diminuant au fur et à mesure que l'on se rapproche de la pointe. Pour des mèches plus grandes ou plus petites, les valeurs à prendre seront propor- tionnelles afin que la forme de la mèche reste semblable même lorsqu'il y a un nombre de paliers supérieur ou inférieur.
Partait de la pointe jusqu'au diamètre le plus grand de la mèche, la distan- ce 3 entre deux paliers augmente, d'une part, afin de mieux amener la substance de refroidissement aux extrémités les plus exposées des tranchants ; d'autre part, pour faciliter le dégagement de chaleur de la pointe vers la masse de la mèche et, enfin, pour obtenir une meilleure'rigidité de l'ensemble, car une pointe for- tement en saillie, lorsqu'elle rencontre, pendant le forage, des inclusions de sable ou de laitier ou des espaces creux, casse plus facilement qu'une pointe moins fortement proéminente.
De par cet allongement dans le sens longitudinal de la mèche, chaque palier tranchant a, derrière lui, une masse d'acier suffi- sante pour pouvoir absorber la grande quantité de chaleur, à peu près constante, développée dans chaque palier. En même temps ce- pendant,'la surface humectée par la substance refroidissante est agrandie, Or, plus la dissipation calorifique est bonne, plus la mè.che peut supporter de grandes vitesses de coupe ou bien plus les copeaux enlevés peuvent être épais.
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Le diamètre du palier est, suivant l'invention, réduit derriè- re chacun des différents tranchants 12, à l'exception dé celui du palier le plus grand, par exemple en inclinant la partie extrême 11, dans le but d'empêcher qu'à ces endroits se produisent des frottements inutiles, absorbant de l'énergie et, en outre, dans le but de favoriser le déplacement de la substance refroidissante et ainsi de provoquer un refroidissement actif.
Le refroidissement même doit, si l'on veut atteindre de gran- des vitesses de coupe, exercer l'action la plus grande possible.
Le refroidissement à l'aide d'eau additionnée de diverse.s substan- ces appropriées permet de réaliser un refroidissement excellent lorsque la cnaleur n'est pas, comme c'est le cas ici, dégagée uni- quement sur un espace très étroit et très difficilement accessible.
La plus grosse partie de la chaleur est absorbée par les copeaux qui, de ce fait, élèvent déjà très fortement la température de l'eau de refroidissement avant que celle-ci atteigne les tranchants très chauds. Aussi, l'eau de refroidissement est déjà très fortement échauffée ou même déjà transformée en vapeur avant qu'elle n'arrive aux tranchants. Cependant, la vapeur refroidit à peine les tran- chants si bien que les pointes et les arêtes extérieures deviennent facilement incandescentes et la mèche s'émousse. pour éviter cet accident, la vitesse de coupe ou l'avance est réduite à une valeur de loin inférieure à celle que l'acier pouvait supporter ; aussi, jusqu'à présent, le rendement du travail était-il faible.
La pré- sente invention apporte an remède à cet état de choses en ce sens que de l'eau de refroidissement et de l'air comprimé sont amenés aussi près que possible de la pointe de la mèche, soit au moyen d'une canalisation commune s'ils sont mélangés ou bien au moyen de conduites séparées.
Par une disposition appropriée, il est possible de faire en sorte que l'air comprimé, au moment où il s'échappe, peu avant la pointe de la mèche, pulvérise le jet d'eau, de sorte que c'est un mélange air-eau qui, sous forme de tourbillons violents, est proje-
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té à grande vinsse sur les tranchants. La pression élevée du mélan- ge chasse les copeaux, dès leur formation, des environs des tran- chants, de'sorte que le mélange air-eau atteint les endroits où se . dégage le plus de chaleur, avant qu'il n'ait été préalablement ré- 'chauffé par les copeaux brûlants, et y provoque un refroidissement très énergique.
En outre, la dilatation de l'air comprimé, sortant de sa conduite d'amenée, provoque encore un abaissement de la tem- pérature, ce qui renforce le refroidissement.
Le guidage en ligne droite de la mèche est, suivant l'invention, amélioré par l'inclinaison, déjà mentionnée, des tranchants 12, car la pression de l'outil provoque, dans une certaine mesure, une réaction sur les tranchants et ceux-ci sont constamment repoussés vers l'axe de rotation. Un facteur influençant encore favorablement le guidage en ligne droite est la grande longueur de l'acier tran- chant. La position fortement inclinée des tranchants favorise égale- ment leur stabilité. L'angle 13 que forme un des tranchants avec l'axe de la mèche, varie de 30 à 60 environ. Les grands angles 14 se trouvant aux extrémités de chaque palier, réduisent fortement l'accumulation de chaleur en ces endroits.
Si tous les tranchants 12 des plus grands diamètres devaient présenter la même inclinaison, ceux du diamètre le plus grand auraient la plus faible longueur, car les dimensions des paliers augmentent au fur et à mesure que l'on se rapproche de la pointe de l'outil. De ce fait, les tranchants des plus grands paliers au- raient, par mm. de longueur de tranchant, une charge calorifique supérieure à celle des tranchants des paliers plus petits, pour remédier à ce déséquilibre, les inclinaisons 13 de chacun des tran- chants 12 ont, suivant- la présente invention, des valeurs différen- tes, afin que la longueur de chaque arête tranchante des paliers les plus grands soit à peu près égale.
Comme c'est dans le voisinage de la pointe de l'outil que, suivant l'invention, le refroidissement est le plus fort, que les tranchants sont les plus grands, donc pré- sentent par mm, de longueur la charge calorifique la plus faible
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d'autant plus que la vitesse de coupe y est faible, il n'est pas nécessaire de prêter spécialement attention à la longueur des tranchants en cet endroit. Ces derniers forment, en cet endroit, avec l'axe de l'outil, les angles d'inclinaison les plus grands, par exemple de 55 à 60 . Aux diamètres les plus -grands par contre, les angles d'inclinaison 13 seront, suivant l'invention, autant que possible assez aigus, par exemple de 30 , afin d'augmenter la longueur des tranchants.
Les petits angles de tranchants des grands paliers donnent lieu a un copeau d'épaisseur moindre que celui creusé par les grands angles des tranchants des petits paliers. Le principe de 1'invention tient compte de ce que la quantité de chaleur dégagée lors de la formation d'un copeau mince, à une vitesse de coupe élevee, aux plus grands diamètres des paliers, est plus faible que celle dégagée lors de la formation d'un copeau épais.
Aux petits diamètres des paliers et aux faibles vitesses de coupe, la chaleur degagée par le copeau plus épais n'est pas dangereuse, comme cepen- dant les longs tranchants produisent aussi parfois de larges co- peaux indésirables, des rainures 15 destinées à briser les copeaux y sont creusées et ce autant que possible dans tous les tranchants, car les copeaux larges peuvent provoquer une obstruction de l'espa- ce servant à l'évacuation des copeaux. Suivant l'invention, ces rainures brisant les copeaux augmentent la surface de refroidisse- ment de l'outil et permettent à la substance refroidissante de par- venir précisément aux endroits ayant besoin du refroidissement le plus poussé.
Si le diamètre des trous à forer'dépasse 75 mm., des mèches à noyau (fig.3) peuvent être utilisées afin de ne pas devoir trans- former en copeaux la section toute entiere, Dans ce cas également, suivant 1'invention, les tranchants sont formés par une succession de gradins ; l'absorption de chaleur, autant que possiole uniforme, dans les différents gradins, est déterminée par un calcul identique à celui vu précédemment, il est avantageux d'y utiliser les métho-
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des de refroidissement précitées.
Si de très petits trous doivent être forés dans des pièces longues, il se présente une nouvelle difficulté : l'arbre porte- mèche dévie, se tord et fait ressort, ce qui a pour effet de for- mer des. trous' non soignés ou bien de provoquer des vibrations dans la machine ou même la rupture de la tige porte-mèche et de l'outil.
Afin de remédier à ces difficultés, la tige porte-mèche est, sui- vant l'invention, réalisée de manière à ce que son diamètre extrê- me soit à peu près aussi grand que le diamètre du trou. Suivant les fig.4 et 5, la mèche et la tige porte-mèche sont pourvues d'un trou central et forment ainsi un tube à paroi relativement épaisse constituée par un acier dur, très résistant à la torsion. Un ou plusieurs tubes 4 pour le mélange air comprimé-eau ou pour l'air comprimé et le liquide de refroidissement, sont disposés à l'inté- rieur de la tige porte-mèche, dans la moitié supérieure de l'espace creux, tandis que la moitié inférieure de cet espace est utilisée pour l'évacuation de la substance de refroidissement et pour l'en- lèvement ou le soufflage des copeaux.
Afin d'éviter que les co- peaux viennent se coincer entre la surface extérieure de la tige et la paroi du trou, un bourrage, constitué par exemple par une rondelle de cuir 16 imprégnée d'huile,, est disposé autour du diamètre extérieur de la tige porte-mèche aussi près que possible de l'outil. L'outil lui-même est constitué, suivant l'invention, . par une série de gradins et, dans ce cas, présente une forme cin- .trée pourvue d'une pointe en forme de coin dirigée vers l'inté- rieur.
Cette forme en coin est nécessaire, d'une part, pour diviser le jet de la substance de refroidissement en deux parties et pour, lors de l'utilisation d'un outil à deux tranchants, refroidir éga- 'lement bien les deux faces du couteau mais, d'autre part, égale- ment pour créer suffisamment de place pour,permettre l'évacuation de la substance de refroidissement et des copeaux.
Pour le forage de petits diamètres, on utilise une mèche .dénommée mèche à canon (fig.10 et 11). Celle-ci est, suivant l'in-
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vention, perfectionnée du fait que le calcul des tranchants, ré- partis en plusieurs gradins 1, se fait suivant les indications données ci-dessus, grâce à quoi chacun des tranchants absorbe la même quantité de chaleur, ce qui permet d'utiliser.pleinement les qualités de l' acier. Il est préférable, dans ces mèches à petits diamètres, de n'utiliser qu'un seul tuyau pour amener un mélange d'air comprimé et de liquide de refroidissement.
Sila mèche à ca- non est utilisée pour de grands diamètres, il est possible de dis- poser plusieurs tuyaux permettant d'introduire séparément l'air comprimé et le liquide de refroidissement.
L'outil préconisé fournit un rendement excellent dans tous les cas où, jusqu'à présent, il fallait utiliser, au moins pour les diamètres de moyenne et de grande dimensions, des mèches héli- coïdales. Or, ces mèches hélicoïdales pour de très grands diamètres, étant fabriquées en acier à.
coupe rapide de grande valeur, sont coûteuses et leur rupture équivaut à une perte sensible, Si, à la place de ces mèches hélicoïdales utilisées jusqu'à présent, on em- ploie des mèches à gradins, suivant la présente invention, détermi- nées par calcul, et qu'on refroidit au moyen d'air comprimé et d'un liquide de refroidissement, comme il a été décrit précédemment, il suffit de n'utiliser pour les tranchants (fig.12) qu'une petite quantité d'acier de grande valeur pour obtenir malgré tout un ren- dement très élevé de l'outil.
Le forage en ligne droite est tout aussi parfait, avec cete nouvelle méthode, qu'avec la mèche héli- coïdale et la surface du trou peut présenter un aspect aussi net qu'avec des tranchants hélicoïdaux grâce à des tranchants-grattoirs disposés au couteau (fig.12).
REVENDICATIONS.
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