Pourquoi les embouts de bouton fileté sont si efficaces — les secrets d’une fixation optimale des boutons
Les trépans à boutons filetés sont devenus incontournables dans le forage moderne de la roche. Fabriqués en intégrant des boutons en carbure de tungstène dans le corps du trépan, ils sont de plus en plus privilégiés par rapport aux trépans à plaquettes classiques car ils s'adaptent à une large gamme de conditions de forage et offrent plusieurs avantages clés.
Principaux avantages : polyvalence, efficacité et durabilité. La flexibilité de conception des trépans à boutons est un atout majeur. Les opérateurs peuvent ajuster le nombre et l’emplacement des boutons périphériques et centraux en fonction du diamètre du trou et des exigences de forage. Le diamètre du trépan n’étant pas limité, ces trépans conviennent à de nombreuses applications. Leur action de forage repose sur de multiples points d’impact, ce qui réduit les zones mortes et évite le concassage des fragments de roche. Il en résulte une meilleure efficacité de pénétration et une consommation d’énergie réduite.
La durabilité est un autre atout majeur. Les plaquettes en carbure de tungstène supportent la majeure partie des contraintes de compression lors du perçage, tandis que les plaquettes plates plus anciennes sont généralement soumises à des contraintes de traction. Plus dures, les plaquettes en carbure résistent bien mieux à l'usure. Dans les opérations à haute fréquence, la réduction des changements de forets permet un gain de temps considérable ; la durée de vie accrue des forets à plaquettes réduit la fréquence de remplacement et augmente la productivité globale, ce qui explique en grande partie leur popularité croissante.
Élément crucial pour la performance : trois techniques courantes de fixation des pastilles. La fixation des pastilles en carbure au corps du trépan (étape de fixation des pastilles) est essentielle. Elle doit empêcher toute perte ou déplacement des pastilles pendant le forage afin de prolonger la durée de vie du trépan. L’industrie utilise couramment trois méthodes : le brasage, l’emmanchement à froid et l’insertion thermique. Chacune présente des caractéristiques distinctes et convient à différents types de trépans et aux exigences d’utilisation.
Brasage : une méthode ancienne, aujourd’hui largement abandonnée. Le brasage fut la première méthode de fixation et est relativement simple : on usine les trous et les dimensions des boutons en fonction de l’espace de brasage, on perce les trous dans le corps du foret, puis on assemble les boutons au corps à l’aide de brasures en cuivre ou en argent. Le brasage n’exige pas de tolérances de fabrication très serrées, ce qui explique sa large utilisation initiale. Cependant, il présente des inconvénients majeurs : le procédé peut laisser des marques de brasage qui affectent l’aspect, et des brasures mal exécutées peuvent se rompre prématurément. Aujourd’hui, le brasage est principalement utilisé pour les forets de petit diamètre à raccord conique et a été progressivement remplacé dans la plupart des applications.
Ajustement par pression (à froid) : simple et rapide, pour les applications moins exigeantes. La méthode d'ajustement par pression repose sur un ajustement serré. En fonction de la limite d'élasticité de l'acier du corps du foret, les fabricants calculent le jeu entre le bouton et l'alésage, puis enfoncent le bouton dans l'alésage par pression externe. Cette méthode est facile à apprendre et rapide pour la production en série. Cependant, la pression peut engendrer des contraintes et endommager le corps du foret et les boutons, réduisant ainsi leur durée de vie ; une utilisation prolongée entraîne souvent la perte ou la casse des boutons. C'est pourquoi l'ajustement par pression est généralement utilisé pour les forets à boutons filetés peu exigeants ou pour les applications ne nécessitant pas d'affûtage fréquent.
Insertion thermique (emmanchement à chaud) : le choix idéal pour les hautes performances. Pour les forets à plaquettes carbure hautes performances, l’insertion thermique (emmanchement à chaud) est la méthode privilégiée. Ce procédé utilise un corps de foret en acier allié sélectionné pour sa bonne dilatation thermique et sa robustesse. En exploitant les coefficients de dilatation différents entre le corps en acier et les plaquettes en carbure, les fabricants chauffent le corps (ou les plaquettes) pour créer le jeu nécessaire, insèrent les plaquettes, puis laissent l’ensemble refroidir. La contraction de l’acier assure un blocage ferme des plaquettes. Comparée au brasage et à l’emmanchement à froid, l’insertion thermique est simple à mettre en œuvre et exerce des contraintes bien moindres sur les composants lors de l’assemblage, réduisant ainsi les risques de dommages et garantissant une fixation plus stable et sûre, adaptée au perçage haute intensité.
