La forme de la face du trépan détermine la forme du trou : Guide des conceptions de faces de trépans DTH
Vous pouvez choisir le bon diamètre, le bon filetage, la bonne nuance d'insert, et obtenir malgré tout de piètres résultats si la géométrie de la face du trépan est inadaptée. La forme de l'avant d'un trépan fond de trou (DTH) détermine simultanément trois éléments : la vitesse de perçage, la rectitude du trou et la durée de vie du trépan. Or, il est impossible d'optimiser ces trois aspects en même temps. Il faut faire un choix.
Voici les quatre types de faces que vous trouverez sur les injecteurs DTH haute pression, leurs points forts et leurs points faibles.
La face convexe : rapide, mais errante
La face convexe d'un outil de coupe est bombée vers l'extérieur ; son centre est plus haut que la rangée de graduation. Imaginez-la comme un dôme.
Cette forme en dôme présente un avantage majeur : elle permet d'insérer les plaquettes centrales dans la roche en premier. Dans les formations abrasives de dureté moyenne à élevée, ces plaquettes pré-fracturent la carotte rocheuse avant que la rangée de calibres n'ouvre le trou à son diamètre maximal. Il en résulte des vitesses de pénétration élevées : le trépan travaille toujours dans une roche déjà fracturée.
Le compromis : la rectitude du forage. Un trépan à dôme ne possède aucun mécanisme de centrage. Le trépan repose sur son point de contact le plus haut, et dans une roche irrégulière ou fracturée, ce point se déplace. Le forage dévie. Si vous forez des trous de mine où les tolérances de déviation sont moins strictes — par exemple, dans le cadre de l'exploitation de carrières —, ce compromis est acceptable. En revanche, si vous avez besoin de trous parfaitement droits pour des lignes de pré-découpe ou des motifs à espacement réduit, un trépan à face convexe n'est pas adapté.
Le visage plat : le survivant
Une fraise à face plate est exactement ce que son nom indique : sa face est plane, ou presque. Pas de dôme, pas de creux, juste des inserts sur une surface plane.
Il s'agit de la conception la plus robuste. L'absence de zone centrale mince évite les fissures en cas de choc violent. Les plaquettes sont solidement maintenues par l'acier du corps du trépan. Les trépans à face plate supportent les énergies d'impact les plus élevées et les roches les plus dures et abrasives (granit, quartzite, basalte dense) sans les problèmes de fatigue du corps qui affectent les conceptions plus profilées.
Les inconvénients : les faces planes ne se centrent pas correctement, la rectitude des trous est donc au mieux moyenne. Les vitesses de pénétration sont modérées ; en l’absence de pré-fracturation, chaque insert brise de la roche vierge à chaque impact. De plus, l’évacuation des copeaux peut être lente car il n’existe pas de géométrie d’entonnoir naturelle pour guider les déblais vers les canaux d’évacuation.
Les trépans à face plate sont à privilégier lorsque la dureté de la roche est la contrainte principale et que la rectitude du trou est un critère secondaire. Ce sont des outils robustes qui tombent rarement en panne de façon catastrophique, mais qui ne brillent guère par leur vitesse.
La face concave : le modèle polyvalent
Une face concave présente une légère dépression conique en son centre. La rangée de jauges extérieure dépasse légèrement des inserts centraux.
Cette dépression crée un léger effet de carottage. Lors du forage, un petit pilier de roche se forme au centre de la dépression. Ce pilier sert de guide et maintient le foret centré dans le trou. Il en résulte une rectitude de forage nettement supérieure à celle obtenue avec des forets convexes ou plats.
La forme concave canalise également les déblais vers les canaux d'évacuation centraux, améliorant ainsi leur évacuation. Une meilleure évacuation signifie moins de déblais frottant contre la face du trépan entre les frappes, ce qui se traduit par une pénétration plus rapide et une usure moindre des plaquettes.
Il s'agit du modèle de tête de trépan fond de trou (DTH) haute pression le plus courant sur le marché, et ce pour une bonne raison. Il offre un bon équilibre entre vitesse de pénétration, rectitude du forage et durabilité, et ce, pour une grande variété de roches. En cas de doute sur le modèle à choisir, commencez par un modèle concave et ajustez ensuite.
Centre concave profond : trous les plus droits, roche la plus tendre
Un foret à concavité centrale profonde pousse le concept de carottage encore plus loin. La dépression centrale est prononcée : un profond creux qui forme un pilier rocheux conséquent lors du forage. L’effet de centrage est puissant. Les trous profonds forés avec cette conception restent remarquablement droits, même dans des conditions où d’autres profils de foret dévient.
Le coût : une fragilité structurelle. Le profond évidement central réduit la quantité d'acier disponible dans la zone de contrainte maximale de la face du trépan. Sous de fortes charges d'impact, notamment dans la roche dure, la partie centrale peut se fatiguer et se fissurer. Les trépans à concavité profonde sont exclusivement réservés aux formations tendres à moyennement dures où les charges d'impact sont plus faibles et le risque de fissuration de la face est minimal.
Utilisez un centre concave profond lorsque la rectitude du forage est primordiale et que la nature de la roche ne compromet pas la conception. Le forage de puits d'eau, les forages d'exploration profonds et les forages d'ancrage où les tolérances de déviation sont faibles en sont des applications naturelles.
Comment choisir
L'arbre de décision est simple une fois que l'on connaît les compromis :
Roche dure et abrasive + la vitesse compte + la rectitude n'a pas d'importance :face convexe.
Roche dure et abrasive + la durabilité compte + la rectitude n'a pas d'importance :face plate.
Conditions mixtes + performance équilibrée nécessaires :Face concave. Cela convient à la plupart des applications.
Une roche tendre à moyennement dure et bien droite est essentielle :Centre concave profond.
Le profil de la face est imprimé sur chaque foret qui sort du trou. Observez l'usure. Un foret convexe usé uniformément était bien adapté à la roche. Un foret profondément concave, fissuré au centre, a été poussé au-delà de ses limites. Le foret vous indique si vous avez fait le bon choix. Lisez-en les indications et ajustez votre prochaine commande.
