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FRAISE POUR TREPANS DE FORAGE DE PUITS ET SON PROCEDE DE FABRICATION.
Cette invention a pour objet une fraise ou molette rotative ap- plicable aux trépans utilisés pour le forage des divers genres de puits ou excavations en vue d'atteindre dans la terre des gisements ou nappes de pé- tr81e, de gaz, d'eau, de soufre ou d'autres matières destinées à être extrai- tes des profondeurs du sol.
De nombreux efforts ont été faits jusqu'ici pour munir la fraise des trépans de forage des puits d'une denture dotée d'une résistance maximum à 1-'usure tout en conservant ses caractéristiques de coupe optima malgré 1'u sure. La pratique communément employée pour parvenir au résultat désiré con- siste à appliquer un matériau à surface dure comme le carbure de tungstène contre la surface à protéger de l'usure. Mais cette pratique laisse beaucoup à désirer étant donné qu'une main-d'oeuvre considérable est nécessaire pour appliquer le matériau en question à surface dure et que l'outil qu'on obtient en définitive ne possède pas une résistance suffisante à l'abrasion pour avoir la longévité et la capacité de coupe requises.
Le but de l'invention est de permettre la réalisation d'une frai- se ou molette rotative en métal coulé dont les éléments coupants fassent corps avec sa masse et comportant des pièces ou garnitures insérées résistantes à 1'usure destinées à assurer Inaction de coupe désirée, le métal environnant qui est lié à ces pièces f aisant office de support.
Suivant une particularité de l'invention, la fraise ou molette rotative en métal coulé est pourvue dans ses éléments coupants de pièces ou garnitures insérées résistantes à 1-'usure qui, dès le début du processus de fabrication,sont complètement noyées au sein du métal coulé pour faire corps avec lui.
Suivant aarze autre particularité de cette fraise ou molette rota- tive, ses pièces ou garnitures insérées résistantes à l'usure sont placées dans ses éléments coupants, de façon à assurer un affûtage automatique des- dits éléments pendant l'usage normal de la fraise, lesdits . éléments ou dents
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étant étudiés pour conserver -mêmes leur forme générale originelle pen- dant toute la durée utile de la fraise.
Suivant une autre particularité encore de cette fraise perfec- tionnée, les pièces ou garnitures résistantes à l'usure qui sont insérées dans ses éléments coupants sont sensiblement soustraites aux efforts indésirables.
Grâce à ces particularités, la fraise ou molette ainsi constituée peut fournir un travail de coupe efficace pendant une très longue durée.
Dans le dessin schématique annexé-. -
La fig. 1 est une vue en perspective d'une fraise ou molette ro- tative du type en forme de cône comportant les particularités de l'invention.
La fig. 2 est une vue en coupe pratiquée par Isolément formant le bec ou la partie sommitale du cône représenté en fig. 1 montrant l'emplacement des garnitures résistantes à l'usure qui sont encastrées dedans.
La fige 3 est une vue en coupe par la ligne 3-3 de la fig. 2 fai- te perpendiculairement à la coupe de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue en coupe semblable à la fig. 2 mais par la ligne 4-4 de la fig. 1, cette vue montrant l'emplacement occupé par une garni- ture résistante à l'usure encastrée dans une des dents placées vers l'exté- rieur par rapport à la partie sommitale.
La fig. 5 est une vue en perspective avec coupe partielle montrant l'emplacement occupé par une garniture résistante à l'usure encastrée dans une dent c'est-à-dire un élément coupant de la fraise.
La fig. 6 est une vue en coupe par la ligne 6-6 de la fig. 1 mon- trant une dent formant talon solidaire du corps de la fraise.
La fig. 7 est une vue en coupe par la ligne 7-7 de la fig. 6.
La fige 8 est une vue en coupe dessinée à plus grande échelle pra- tiquée à travers un élément coupant et mettant en évidence la nature de la jonction entre la garniture résistante à l'usure et la masse de métal coulée autour d'elle.
La fig. 9 est une vue fragmentaire mettant en évidence la façon de mettre en place la garniture résistante à l'usure dans le moule de coulée, de façon qu'après la coulée du métal chaque garniture occupe l'emplacement désiré dans la masse de métal solidifiée qui constitue la dent de la fraise.
Comme indiquéci-avant,l'invention prévoit l'application aux fraises ou molettes rotatives des trépans de forage de pièces compactes ap- pelées ici "granitures" en matière résistance à 1-usure., de préférence en carbure fritté obtenu par les méthodes connues en mélangeant des particules d'un carbure et d'un métal ou alliage formant matrice, puis en comprimant le tout pour en faire une masse monobloc par application d'une pression et d'une température élevées. Il y a avantage à utiliser des garnitures en car- bure de tungstène fritté mais il doit être entendu que cette matière est in- diquée simplement à titre illustratif et sans aucune limitation de la por- tée de l'invention.
Une fraise ou molette conique du type désigné par 1 dans la fig.
1, qui est d'ailleurs une simple illustration, comprend normalement un corps 2 formant enveloppe pourvu d'une rangée de dents 3. voisine de la base du cône et, vers l'intérieur c'est-à-dire vers le sommet du cône, une deuxième rangée ou rangée intermédiaire de dents ±. S'il s'agit d'un trépan à deux cônes ou à trois cônes, il faut que l'un au moins de ces cônes présente en- core une autre rangée de dents à l'intérieur de la rangée 4. Mais la fraise conique que montre le dessin est pourvue d'un élément somital 5 muni d'arê- tes tranchantes 6,7 et 8,
Les dents appartenant aux rangées 3. et 4 ont la forme de ciseaux ét présentent des arêtes tranchantes 9. La construction est étudiée de telle sorte que le cône.1 et les cônes conjugués ou les frai- ses d'autres formes qui coopèrent avec eux pour assurer le forage du puits at- taquent la totalité du fond du puits en cours de forage et désagrègent de cet-
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te manière le sol au fond du puits, afin de donner progressivement à ce der- nier la forme désirée.
Le c8ne 1:: de la molette du trépan et ses dents sont obtenus en coulant un métal ou alliage convenable dans un moule approprié. Les dents et la partie sommitale sont conformées en prévoyant dans le moule de coulée des cavités telles que celle indiquée par 10 dans la fig. 9. Une caractéristique importante de 1-'invention est la disposition dans les diverses dents du tré- pan de pièces ou garnitures insérées résistantes à l'usure et placées de ma- nière à faire corps avec les dents et à résister efficacement à 2'usure en assurant la coupe requise grâce à leur coopération avec le métal environnant.
Il y a lieu de noter que les trépans de forage pourvus de frai- ses rotatives sont fréquement soumis à des poussées verticales considérables représentant plusieurs centaines de kilogs par cm2 pour assurer la coupe re- quise. La fatigue à laquelle les fraises de ce genre sont soumises est encore augmentée par suite des chocs qui se produisent au cours des opérations nor- males de forage., D'ailleurs les matières dotées d'une grande résistance à 1'u- sure sont généralement assez fragiles.
Il est donc indispensable que les piè- ces ou garnitures insérées résistantes à l'usure soient placées et encastrées en position de coupe, de façon à permettre de tirer parti de leurs résistan- ce relativement élevée à la compression et d'éviter leur rupture,
Dans la vue framgentaire que constitue la fig. 9, le moule de cou- lée en sable est désigné par 11 et la cavité 10 qui y est ménagée a pour mission de recevoir du métal fondu devant constituer une dent c'est-à-dire un élément coupant façonné par coulée.
Entre les extrémités de la cavité 10 est placée une pièce ou garniture insérée 12 résistante à l'usure et, de pré- férence, complètement noyée au sein du métal constitutif de la dent., de sorte que cette pièce doit être maintenue debout dans la cavité 10 et espacée de ses cotés ou de son fond. Il est prévu à cet effet un support en métal 13 fixé (par exemple par soudage) à la pièce insérée 12 et pourvu d'une griffe laté- rale 14 qui pénètre dans la paroi du moule 11 Il est désirable que le sup- port 13 ait sensiblement la même composition chimique que le métal qui est coulé dans le moule pour former la dent., afin de permettre sajonction inva- riable avec la pièce 12 résistante à l'usure.
Celle-ci est, de préférence., complètement noyée au sein de la dent en métal coulé mais peut cependant être placée au fond de la cavité 10 de. façon que sa tranche ¯ 18 ne soit pas recou- verte par le métal coulé mais constitué initialement une arête coupante quand la fraise est mise en travail.
Le moule de coulée comprend une cavité principale présentant les cavités plus petites 10 en vue de la formation des dents 3, et 4 et de la par- tie sommitale 5 11 y a avantage à ce qu'un moule ainsi constitué, et dans le- quel ont été placées des pièces ou garnitures résistantes à l'usure selon les emplacements indiqués ci-avant,, tourne autour de l'axe de la cavité principa- le tandis que le métal fondu est versé pour remplir ce moule. Mais il doit être entendu que d'autres modes de coulée connus dans la technique de la fonderie peuvent être employés en vue du même résultat sans s'écarter de 1-invention.
On voit par la fige 2 que la partie sommitale 5 de la fraise est pourvue de pièces ou garnitures insérées latérales 15, de pièces ou garnitu- res 16 à profil fuselé et d'une pièce ou garniture insérée terminale 17 de façon à donner naissance aux arêtes tranchantes 6,7 et $, Bien que deux ou plusieurs de ces pièces insérées puissent être réunies en un seul bloc., la disposition représentée est préférable surtout étant donné que,comme déjà dé- crite la matière constitutive de ces pièces est généralement fragile c'est-à- dire susceptible de se rompre facilement.
Dans les figs. 4 et 5 est représenté le mode de mise en place pré- féré des garnitures résistantes à l'usure dans les dents ¯4. Ces garnitures noyées 20 sont constituées par des plaquettes ayant une forme sensiblement rectangulaire. On remarquera que chacune de leurs faces est espacée de la face externe de la dent /;;
, ou de son arête tranchante 9 De façon analogue.. la gar- niture 21 des dents 2 appartenant à la rangée postérieure ou talonnière est prise dans le métal de la dent de manière à être complètement noyée au sein
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du métal fondu qui constitue le corps de la dent.,
Dans laig. 8 qui est une vue en coupe d'une dent 2 on voit l'état, au point de vue métallurgique., d'une dent produite suivant l'inven- tion. La partie tranchante initiale de la dent est désignée par 9A 1'in- térieur se trouve la garniture résistante à l'usure dont la partie de- meure pratiquement non influencée par l'opération de coulée du métal.
Dans le voisinage de la partie tranchante .2 se trouve une zone étroite 26 for- mant la onction entre la garniture anti-usure et la masse de métal fondu.
Vers l'extrémité interne de cette garniture se trouvent des zones de transi- tion et 28 constituées par un mélange des divers constituants de la gar- niture et de l'acier formant la masse de métal voisine, la composition de ces zones de transition pouvant d'ailleurs varier. Ces zones de transition assurent une jonction efficace entre la garniture encastrée 12 et la masse de métal fondu 29 qui n'a pas subi d'atteinte.
Il est évident que l'arête exposée de la garniture 12 constitue un tranchant extrêmement résistant à l'abrasion. Cette garniture est ration- nellement maintenue dans sa position de coupe effective par la masse de mé- tal voisine à laquelle elle est reliée. Inefficacité de la coupe est égale- ment améliorée par l'affûtage automatique de la dent au fur et à Mesure que l'usure progresse comme indiqué par le trait 30.
Il doit être entendu que si l'on a parlé surtout dans ce qui pré- cède de fraises ou molettes rotatives du type en forme générale de cônes, il n'y a là aucune limitation. En effet, l'invention est également applicable à des fraises ou molettes en forme de disques, de forme cylindrique ou ayant d'autres configurations.
On voit par ce qui précède que l'invention permet d'obtenir une fraise rotative adaptable aux trépans ou autres outils utilisables pour le forage de puits ou plus généralement pour creuser le sol, cette fraise com- portant des garnitures anti-usure encastrées par incorporation aux dents ou éléments coupants de la fraise, ces garnitures étant intimement liées à ces éléments.
Les détails de réalisation constructive peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques.
REVENDICATIONS.
1. - Fraise ou molette rotative spécialement applicable aux tré- pans de forage des puits ou aux autres outils pour creuser la terre,. ca- ractérisée par des garnitures encastrées résistantes à l'usure qui sont jonc- tionnées à la matière constituant certaines au moins des dents coupantes pré- vues sur la face externe de la fraise.