BR112015018689B1

BR112015018689B1 - fresa de topo para usinar titânio

Info

Publication number: BR112015018689B1
Application number: BR112015018689-0A
Authority: BR
Inventors: Eliyahu Budda; Alexander Khina; Gabby ZEHAVI
Original assignee: Iscar Ltd.
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2020-11-03
Also published as: US20140227049A1; PL2956265T3; CA2901143A1; EP2956265A1; KR20150115782A; RU2015138965A; BR112015018689A2; RU2650019C2; CA2901143C; PT2956265T; WO2014125473A1; JP6363624B2; CN104968459A; CN104968459B; EP2956265B1; KR101970045B1; JP2016506875A; US9211593B2

Abstract

FRESA DE TOPO PARA USINAR TITÂNIO. Uma fresa de topo (10) para usina titânio inclui uma porção de corte (14) tendo dentes cegos alternados com estrias (22). Cada estria (22) inclui, em ordem a partir da aresta de corte (30), uma superfície inclinada (28), uma porção de flexão de formato côncavo (38), uma porção de ejeção de formato convexo (36) e uma borda em relevo de dente (32 ). A porção de ejeção de formato convexo (36) tem uma altura de ejeção, que é mensurável entre um ápice da porção de ejeção (36) e uma linha reta imaginária estendendo-se a partir de um fundo da porção de flexão a adjacente (36) da estria (22) até a borda em relevo de dente adjacente (32). Em um plano perpendicular a um eixo geométrico de rotação (AR) da fresa de topo (10), a altura de ejeção E e um diâmetro da porção de corte D E, satisfazem a condição 0,001 DE menor E menor 0,031 DE .

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A matéria do presente pedido se refere a fresas de topo configuradas para usinar titânio.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Titânio pode ser considerado um material relativamente difícil de fresar pois suas propriedades podem degradar rapidamente uma fresa de topo. Acredita-se que esta degradação, em teoria, é pelo menos em parta devida à transferência de calor de uma peça de trabalho feita de titânio para uma fresa de topo usinando a peça de trabalho.

[003] Além da transferência de calor, uma outra consideração quando se projeta fresas de topo é a evacuação de aparas. O formato de estria é consequentemente levado em conta durante a concepção da fresa de topo. CN 20145538, CN 102303158 e CN 202199817 descrevem fresas de topo tendo formato de estrias de acordo com diferentes modelos matemáticos.

[004] Ainda outra consideração é a redução da trepidação da fresa de topo. A redução da trepidação pode ser obtida, em teoria, projetando-se fresas de topos com características assimétricas, por exemplo, com descritas em US 6.991.409, US 7.306.408 e US 8.007.209. A Fig. 1 de US 8.007.209 também descreve uma fresa de topo tendo serrilhados (Fig. 1, número de referência 7).

[005] Embora muitas fresas de topo pareçam similares, por uma inspeção mais próxima frequentemente há muitas diferenças pequenas, mas relevantes, algumas diferenças sendo críticas quanto a se uma fresa de topo pode realizar uma desejada operação de usinagem de um tipo particular de material ou sob condições de corte particulares.

[006] Comumente, arestas de corte são colocadas a diferentes ângulos de índice uma em relação a outra, ângulos de hélice, de inclinação radial e inclinação axial podem variar em diferentes arestas de corte e podem mesmo variar ao longo de uma única aresta de corte. Orientação, posição e tamanho de cada elemento em uma fresa de topo podem ter efeito significativo sobre seu desempenho.

[007] Em vista de número extremamente grande de variações de projeto possíveis, existe pesquisa em curso para tentar encontrar fresas de topo mais eficientes, especialmente para usinar materiais específicos tais como titânio.

[008] É um objeto da presente invenção proporcionar uma nova e melhorada fresa de topo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] Verificou-se que uma fresa de topo combinando um formato de dente particular e um formato de estria particular pode atingir uma longevidade surpreendente quando usinando titânio sob certas condições.

[0010] Mais precisamente, o formato de dente compreende uma aresta de corte cega (a aresta de corte estando em uma interseção de uma subsuperfície inclinada de corte e uma superfície em relevo) e uma subsuperfície inclinada rebaixada (daqui em diante uma "subsuperfície inclinada rebaixada") estendendo-se a partir da subsuperfície inclinada de corte.

[0011] Embora arestas de corte cegas possam ser consideradas prejudiciais, devido às exigências de potência de usinagem relativamente aumentada causadas pelas mesmas, resultados experimentais se mostraram diferentes.

[0012] Mais precisamente, uma aresta de corte cega é definida como tendo um ângulo de corte interno real formado em uma interseção de uma subsuperfície inclinada de corte e uma superfície em relevo, o ângulo de corte interno real tendo um maior valor do que um ângulo de corte interno imaginário formado em uma interseção de linhas de extensão imaginárias da subsuperfície inclinada rebaixada e da superfície em relevo.

[0013] Vai ser entendido que uso do termo "cega" quando se refere a uma aresta de corte é daqui em diante intercambiável com a definição acima.

[0014] A previsão de uma subsuperfície inclinada rebaixada adjacente a uma subsuperfície inclinada de corte (isto é a subsuperfície inclinada rebaixada adjacente sendo rebaixada mais para dentro de um dente do que uma subsuperfície inclinada de corte adjacente em relação a uma linha radial imaginária passando através da aresta de corte, ou, dito diferentemente, acredita-se que a subsuperfície inclinada de corte sendo elevada acima da subsuperfície inclinada rebaixada em relação a uma linha radial imaginária passando através da aresta de corte), é, em teoria, para reduzir a transferência de calor para uma fresa de topo ao usinar titânio.

[0015] Similarmente, acredita-se que minimizar o comprimento de uma subsuperfície inclinada de corte também reduz a transferência de calor por redução do contato de aparas com uma superfície inclinada da fresa de topo.

[0016] Com referência agora ao formato de estria acima mencionado, a estria compreende uma porção de flexão de formato côncavo seguida por uma porção de ejeção de formato convexo de um tamanho particular.

[0017] A porção de flexão é configurada para flexionar aparas de titânio durante uma operação de fresagem. Uma estria compreendendo uma porção de flexão é ilustrada na Fig. 4 de CN 102303158.

[0018] Em termos gerais, porções de estria de formato convexo podem proporcionar resistência estrutural a um dente (isto é, permitir uma espessura aumentada do mesmo) e momento de inércia aumentado. A presença desta porção convexa, porém, reduz um formato de seção transversal da estria que se acredita ser prejudicial para evacuação de apara a partir da estria. Uma estria sem esta porção convexa é ilustrada na Fig. 3 de CN 102303158.

[0019] Foi agora constatado que a previsão de uma porção convexa, ainda que de um tamanho específico, pode proporcionar um efeito vantajoso de ejeção de apara durante a usinagem de uma peça de trabalho de titânio (consequentemente, a porção de formato convexo da matéria do presente pedido é intitulada uma "porção de ejeção"). Mais precisamente, foi constatado que estas porções de ejeção proporcionam melhor desempenho de usinagem durante operações de fendilhamento de titânio que têm espaço limitado para evacuação de apara, com resultados particularmente bons mostrados a velocidades de usinagem de titânio relativamente altas.

[0020] Uma outra consideração quando se usina titânio é a redução de trepidação, tipicamente por características assimétricas de uma fresa de topo. Constatou-se que uma fresa de topo tendo um arranjo assimétrico de ângulo de índice tem longevidade comparativa.

[0021] Para os fins do relatório descritivo e das reivindicações, uma fresa de topo com um arranjo simétrico de ângulo de índice é definido como uma em que, em uma face de extremidade de corte, cada estria tem um valor de ângulo de índice idêntico a um valor de ângulo de índice de uma estria oposta. Inversamente, uma fresa de topo com um arranjo assimétrico de ângulo de índice é uma que não é parte desta definição.

[0022] De acordo com um primeiro aspecto da matéria do presente pedido, é prevista uma fresa de topo para usinar titânio, a fresa de topo compreendendo uma porção de corte tendo dentes alternados com estrias de formato helicoidal e um diâmetro de porção de corte DE; cada dente compreendendo uma aresta de corte cega formada em uma interseção de uma subsuperfície inclinada de corte e uma superfície em relevo e uma subsuperfície inclinada rebaixada, rebaixada no dente mais do que a subsuperfície inclinada de corte; cada estria compreendendo, em um plano perpendicular a um eixo geométrico de rotação da fresa de topo, uma porção de flexão de formato côncavo conectada a uma porção de ejeção de formato convexo, a porção de ejeção de formato convexo tendo uma altura de ejeção E satisfazendo a condição 0,0IDE < E < 0,03 IDE.

[0023] De acordo com um outro aspecto da matéria do presente pedido, é prevista uma fresa de topo para usinar titânio, tendo um eixo geométrico de rotação estendendo-se longitudinalmente AR e compreendendo: uma porção de haste e uma porção de corte estendendo-se a partir da porção de haste até uma face de extremidade de corte e sendo formada integralmente com pelo menos quatro dentes de corte alternados com estrias de formato helicoidal e tendo um diâmetro de porção de corte DE; cada dente compreendendo uma superfície inclinada, uma superfície em relevo, uma aresta de corte formada em uma interseção das superfícies inclinada e em relevo e uma borda em relevo espaçada da aresta de corte e formada em uma interseção da superfície em relevo e uma superfície da estria adjacente que sucede o dente; cada superfície inclinada compreendendo uma subsuperfície inclinada rebaixada, uma subsuperfície inclinada de corte posicionada mais distante do que a subsuperfície inclinada rebaixada a partir do eixo geométrico de rotação e elevada acima da subsuperfície inclinada rebaixada, em relação a uma linha radial imaginária passando através da aresta de corte e uma descontinuidade inclinada formada em uma interseção das subsuperficies inclinada rebaixada e inclinada de corte; em que cada dente compreende um ângulo de corte interno real formado em uma interseção da subsuperfície inclinada de corte e a superfície em relevo, o ângulo de corte interno real tendo um valor maior do que um ângulo de corte interno imaginário formado em uma interseção de linhas de extensão imaginárias da subsuperfície inclinada rebaixada e a superfície em relevo; em que, em um plano perpendicular ao eixo geométrico de rotação AR, cada estria compreende uma porção de ejeção de formato convexo e uma porção de flexão de formato côncavo conectando a porção de ejeção e a subsuperfície inclinada rebaixada; em que a porção de ejeção tem uma altura de ejeção E que é mensurável entre um ápice da porção de ejeção até uma linha reta imaginária estendendo-se a partir de um fundo da porção de flexão adjacente até a borda em relevo adjacente, a altura de ejeção E tendo uma magnitude satisfazendo a condição 0.010 DE < E < 0,031 DE; e em que, na face de extremidade de corte, ângulos de índice das estrias estão em um arranjo assimétrico de ângulo de índice.

[0024] De acordo com ainda outro aspecto da matéria do presente pedido, é prevista uma fresa de topo para usinar titânio, tendo um eixo geométrico de rotação estendendo-se longitudinalmente AR e compreendendo: uma porção de haste e uma porção de corte estendendo-se a partir da porção de haste até uma face de extremidade de corte e sendo arranjo integralmente com pelo menos quatro dentes de corte alternados com estrias de formato helicoidal e tendo uma diâmetro de porção de corte DE; cada dente compreendendo uma superfície inclinada, uma superfície em relevo, uma aresta de corte formada em uma interseção das superfícies inclinada e em relevo e uma borda em relevo espaçada da aresta de corte e formada em uma interseção da superfície em relevo e uma superfície da estria adjacente que sucede ao dente; cada superfície inclinada compreendendo uma subsuperfície inclinada rebaixada, uma subsuperfície inclinada de corte posicionada mais distante do que a subsuperfície inclinada rebaixada a partir do eixo geométrico de rotação e elevada acima da subsuperfície inclinada rebaixada, em relação a uma linha radial imaginária passando através da aresta de corte e uma descontinuidade inclinada formada em uma interseção das subsuperfícies inclinada rebaixada e inclinada de corte; em que cada dente compreende um ângulo de corte interno real formada em uma interseção da subsuperfície inclinada de corte e da superfície em relevo, o ângulo de corte interno real tendo um valor maior do que um ângulo de corte interno imaginário formado em uma interseção de linhas de extensão imaginárias da subsuperfície inclinada rebaixada e da superfície em relevo; em que cada dente tem uma dimensão de comprimento da subsuperfície inclinada de corte Lc, medida a partir da sua descontinuidade inclinada até a sua aresta de corte, satisfazendo a condição 0,01 RT < Lc< 0,05RT, em que RT é a dimensão de raio de dente, medida em uma linha reta a partir do eixo geométrico de rotação até a aresta de corte; em que cada dente tem um ângulo de inclinação radial dentro de uma faixa de 6o a -6o; em que cada estria tem um ângulo de hélice H que satisfaz a condição 30° < H < 50°; em que, em um plano perpendicular ao eixo geométrico de rotação AR, cada estria compreende uma porção de ejeção de formato convexo e uma porção de flexão de formato côncavo conectando a porção de ejeção e a subsuperfície inclinada rebaixada; em que a porção de ejeção tem um altura de ejeção E que é mensurável entre um ápice da porção de ejeção até uma linha reta imaginária estendendo-se a partir de um fundo da porção de flexão adjacente à borda em relevo adjacente, a altura de ejeção E tendo uma magnitude satisfazendo a condição 0,010DE < E < 0,03 IDE; e em que, na face de extremidade de corte, ângulos de índice das estrias estão em um arranjo assimétrico de ângulo de índice.

[0025] Vai ser entendido que o exposto acima é um sumário e que qualquer um dos aspectos acima pode ainda compreender qualquer uma das características descritas aqui abaixo. Especificamente, as seguintes características, ou isoladas ou em combinação, podem ser aplicáveis a qualquer um dos aspectos acima: A. Uma altura de ejeção E pode ter uma magnitude que satisfaz a condição 0,014DE < E < 0,029DE. Para elaborar, acredita-se que a faixa 0,010DE < E < 0,03 IDE seja viável para usinar titânio, ao passo que a faixa 0,014DE < E < 0,029DE obteve bons resultados durante os testes. Em teoria, esta moderada altura de ejeção (isto é, 0,010E < E < 0,031DE) pode facilitar uma adequada resistência do dente (permitindo uma largura adequada do dente) e momento de inércia. B. Em cada plano, de uma porção de corte efetiva de uma fresa de topo, perpendicular a um eixo geométrico de rotação AR, uma porção de ejeção e uma porção de flexão podem estar presentes. Em cada plano, a porção de ejeção pode ter uma altura de ejeção E satisfazendo as condições acima mencionadas (isto é, 0,010DE < E < 0,03 IDE, OU 0.014DE < E < 0,029DE). C. Pelo menos um ângulo de hélice pode ser diferente de um outro ângulo de hélice. D. Um ângulo de hélice e um raio da porção de ejeção de uma das estrias podem ser menores do que respectivos um ângulo de hélice e um raio da porção de ejeção de uma outra das estrias. E. Ângulos de hélice que são mais próximos de um ângulo de hélice máximo dentre as estrias do que de um ângulo de hélice mínimo dentre as estrias podem ser considerados como ângulos de hélice relativamente grandes e ângulos de hélice que são mais próximos de um ângulo de hélice mínimo do que do ângulo de hélice máximo dentre as estrias podem ser considerados como ângulos de hélice relativamente pequenos. Cada estria com um ângulo de hélice relativamente grande pode ter um raio da porção de ejeção maior do que uma porção de ejeção de cada estria com um ângulo de hélice relativamente pequeno. F. Um ângulo de hélice e um raio da porção de flexão de uma das estrias podem ser menores do que respectivos um ângulo de hélice e um raio da porção de flexão de uma outra das estrias. G. Ângulos de hélice que são mais próximos de um ângulo de hélice máximo dentre as estrias do que de um ângulo de hélice mínimo dentre as estrias podem ser considerados como ângulos de hélice relativamente grandes e ângulos de hélice que são mais próximos de um ângulo de hélice mínimo do que do ângulo de hélice máximo dentre as estrias podem ser considerados como ângulos de hélice relativamente pequenos. Cada estria com um ângulo de hélice relativamente grande pode ter um raio da porção de flexão maior do que uma porção de flexão de cada estria com um ângulo de hélice relativamente pequeno. H. Um raio da porção de flexão de uma das estrias pode ser menor do que um raio da sua porção de ejeção. Cada raio da porção de flexão da estria pode ser menor do que aquele raio da porção de ejeção da estria. I. Arranjos potencialmente benéficos de porções de espessamento para fresas de topo com um arranjo assimétrico de ângulo de índice podem ser como se segue. Em uma face de extremidade de corte, cada estria pode compreender uma porção de espessamento de formato côncavo conectando uma porção de ejeção e sua borda em relevo. Estas porções de espessamento podem aumentar a largura do dente e assim a resistência estrutural necessária para usinar titânio. Uma das porções de espessamento pode se estender ao longo de apenas uma porção da porção de corte a partir da face de extremidade de corte. Cada porção de espessamento que não uma porção de espessamento que se estende ao longo de apenas uma porção da porção de corte, pode se estender ao longo de toda a porção de corte. J. Em uma porção de corte, um diâmetro de núcleo Dc pode satisfazer a condição 0,47DE < Dc < 0,60DE. O diâmetro de núcleo Dc pode ser 0,53DE ± 0,01 DE. Acredita- se que a condição anterior (0,47DE < Dc < 0,60DE) proporcione um balanço viável entre tamanho de estria, para evacuação de apara e momento de inércia aceitável que pode proporcionar resultados aceitáveis para usinar titânio. Em teoria, acredita-se que um valor mais próximo de 0,53DE seja ideal e este valor obteve na verdade bons resultados durante os testes. K. Um ângulo de corte interno real pode ter um valor que difere do ângulo de corte interno imaginário de 4o a 15°. O ângulo de corte interno real pode diferir do ângulo de corte interno imaginário de 8o a 13°. Acredita-se que a condição anterior (4o a 15°) seja viável para usinar titânio. Em teoria, acredita-se que reduzir a diferença (em particular a 8o a 13°) seja ótima e a última faixa obteve na verdade bons resultados durante os testes. L. Ângulos de inclinação radiais de cada dente podem estar dentro de uma faixa de 6o a -6o. Ângulos de inclinação radiais podem ser de 2o ± Io e -2o ± Io. Acredita-se que a faixa anterior (6o a -6o) seja viável para usinar titânio. Em teoria, acredita-se que ângulos menores (isto é, utilizando ângulos de inclinação radiais menores do que 6o e -6o) aumentam desempenho de usinagem de titânio. Na verdade, valores de cerca de 2° e cerca de - 2° obtiveram bons resultados durante testes. M. Dentes de uma fresa de topo podem estar em um arranjo em que cada segundo ângulo de inclinação radial tem o mesmo valor, cujo valor difere do ângulo de inclinação radial dos dentes alternados. N. Cada dente pode ter uma dimensão de comprimento Lc de subsuperfície inclinada de corte, medida a partir de uma descontinuidade inclinada em relação a uma aresta de corte do mesmo dente, satisfazendo a condição 0,01RT < Lc< 0,05RT, em que RT é a dimensão de raio de dente medida em uma linha reta a partir do eixo geométrico de rotação até a aresta de corte. Uma dimensão de comprimento da subsuperfície inclinada de corte Lc pode ser 0,026RT ± 0,005RT. Acredita-se que a faixa anterior (0.0 IRT < Lc< 0,05RT) seja viável para usinar titânio. Em teoria, acredita-se que um valor de dimensão de comprimento de subsuperfície de corte Lc mais próximo de 0,026RT seja ideal e este valor obteve na verdade bons resultados durante os testes. O. Em uma face de extremidade de corte, ângulos de índice das estrias podem estar em um arranjo assimétrico de ângulo de índice. Ângulos de índice das estrias podem estar em um arranjo assimétrico de ângulo de índice ao longo de todo o comprimento da porção de corte. P. Todos os ângulos de índice na face de extremidade de corte podem ser diferentes. Ângulos de índice em cada seção transversal da porção de corte podem ser diferentes. Q. Em uma vista de extremidade, uma fresa de topo pode compreender dentes relativamente mais longos e dentes relativamente mais curtos. Os dentes mais longos podem ser enviesados um em relação a outro (isto é não paralelos). R. Todas as larguras de dente na face de extremidade de corte podem ter a mesma magnitude. Tal arranjo facilita produção. S. Para fresas de topo com ângulos de índice em um arranjo assimétrico de ângulo de índice foi constatado benéfico variar larguras de dente. Mais precisamente, larguras de dente podem variar em posições espaçadas da face de extremidade de corte. Tal arranjo pode, em certas circunstâncias, proporcionam resistência estrutural. Bons resultados foram obtidos em um arranjo onde cada largura do segundo dente aumenta em largura e cada largura de dente alternado diminui de largura. T. Na face de extremidade de corte, cada dente pode ter uma largura do dente WT satisfazendo a condição 0,1 3DE < WT < 0,22DE. Na face de extremidade de corte, uma largura do dente WT pode ser 0,165DE ± O.OIDE. Acredita-se que a faixa anterior (0,13DE < WT < 0,22DE) seja viável para usinar titânio. Em teoria, acredita-se que um valor de largura do dente WT mais próximo de 0,165DE seja ideal e este valor obteve na verdade bons resultados durante os testes. U. Cada valor de subsuperfície inclinada de corte e subsuperfície inclinada rebaixada pode ser arranjado um em relação a outro de modo que uma apara cortada a partir de uma peça de trabalho contata a subsuperfície inclinada de corte, mas não a subsuperfície inclinada rebaixada imediatamente adjacente à descontinuidade inclinada sobre um lado afastado da aresta de corte. V. Cada dente pode ser isento de serrilhados. W. Uma fresa de topo pode ter uma vida da ferramenta de pelo menos 60 minutos enquanto se usina titânio, especificamente TI6AL4V, a uma velocidade Vc de 80,0 metros por minuto, uma taxa de avanço Fz de 0,08 milímetros por dente, uma espessura de apara a^ de 2,00 milímetros, uma profundidade ap de 22,0 milímetros. Sob tais condições de usinagem, a vida da ferramenta pode ser pelo menos 80 minutos ou pelo menos 90 minutos. X. Cada estria pode ter um ângulo de hélice H que satisfaz a condição 30° < H < 50°. Um ângulo de hélice H pode ser 35° ± Io ou 37° ± Io. Acredita-se que a faixa anterior seja viável para usinar titânio. Em teoria, acredita-se que os valores mais próximos de 35° e 37° sejam ideais e estes valores na verdade obtiveram bons resultados durante os testes. Cada um dos ângulos de hélice pode ser constante ou variável (isto é, mudando em valor em um ou mais pontos, ou mudando em valor em cada ponto ao longo de um comprimento da porção de corte) ao longo do comprimento da estria. Y. Cada subsuperfície inclinada rebaixada pode ser de formato côncavo. Cada subsuperfície inclinada rebaixada pode ter um idêntico formato. Z. Cada estria pode ser conformada para permitir sua produção em um único passe (permitindo fabricação mais simples do que a produção em múltiplos passes).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0026] Para uma melhor compreensão da matéria do presente pedido e para mostrar como a mesma pode ser posta em prática, referência vai agora ser feita aos desenhos anexos, em que: a Fig. IA é uma vista em perspectiva de uma fresa de topo de acordo com a matéria do presente pedido; a Fig- IB e uma vista lateral da fresa de topo da Fig. 1 A; a Fig- 2A é uma vista de extremidade da fresa de topo das Figs. IA e 1B; a Fig- 2B é uma vista em corte tomada ao longo da linha 2B- 2B na Fig. IB; a Fig- 2C é uma vista ampliada da Fig. 2B com círculos imaginários acrescidos, as Figs. 3A e 3B são vistas ampliadas de arestas de corte mostradas na Fig. 2B; e as Figs. 4A-4E mostram resultados de teste de fresas de topo incluindo a fresa de topo das Figs. 1A-3B.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0027] Referência é feita às Figs. IA e IB, que ilustram uma fresa de topo 10, tipicamente feita de material extremamente duro e resistente ao desgaste tal como carboneto cimentado, configurada para usinar titânio e para rotar em torno de um eixo geométrico de rotação AR estendendo-se longitudinalmente através do seu centro. Neste exemplo o sentido de rotação DR da fresa de topo 10 é anti-horário na vista mostrada na Fig. 2A.

[0028] A fresa de topo 10 compreende uma porção de haste 12 e uma porção de corte 14 estendendo-se a partir da mesma.

[0029] A porção de corte 14 tem um diâmetro de porção de corte DE e estende-se ao longo do eixo geométrico de rotação AR em um sentido axial para trás DB a partir de uma face de extremidade de corte 16 até uma extremidade 18 mais afastada da estria.

[0030] A porção de corte 14 é integralmente formada com primeiro, segundo, terceiro e quarto dentes 20A, 20B, 20C, 20D, alternados com primeira, segunda, terceira e quarta estrias de formato helicoidal 22A, 22B, 22C, 22D.

[0031] Com referência também à Fig. 2A, os ângulos de índice IA, IB, lc, ID estão em um arranjo assimétrico de ângulo de índice. Cada um dos ângulos de índice pode ter diferentes valores, com o seguinte padrão: IA = 92°, IB = 86°, Ic = 88°, ID = 94°, na face de extremidade de corte 16, tendo sido julgado efetivo.

[0032] Também, como mostrado na Fig. 2A, são primeiro e terceiro dentes 20A, 20C que são mais curtos do que o segundo e quarto dentes 20B, 20D, com o último par sendo enviesado em relação mútua.

[0033] Aqui abaixo, elementos similares inicialmente diferenciados com sufixos alfabéticos (por exemplo, "20A", "20B") podem subsequentemente ser referidos no relatório descritivo e reivindicações sem tais sufixos (por exemplo, "20"), quando se refere a características comuns.

[0034] Com referência também à Fig. 2B, cada dente 20 compreende uma superfície em relevo 26A, 26B, 26C, 26D uma superfície inclinada 28A, 28B, 28C, 28D, uma aresta de corte 30A, 30B, 30C, 30D formadas nas interseções das superfícies em relevo e inclinadas 26, 28 e uma borda em relevo 32A, 32B, 32C, 32D formada nas interseções de cada superfície em relevo 26 e uma superfície adjacente 40 de uma estria 22 que sucede. Neste exemplo, na face de extremidade de corte 16, uma porção de espessamento 40, descrita adicionalmente abaixo, é porção a mais próxima (adjacente) de cada estria que sucede 22 e, portanto, por exemplo, a primeira borda em relevo 32A, na face de extremidade de corte 16, é formada em uma interseção da primeira superfície em relevo 26A e da superfície 40D da quarta porção de espessamento.

[0035] A porção de corte 14 tem um comprimento de corte efetivo L estendendo-se a partir da face de extremidade de corte 16 até um plano de comprimento de corte Pc estendendo-se perpendicular ao eixo geométrico de rotação AR e posicionado onde as estrias 22 começam a sair (isto é, ficam mais rasas) ou onde superfícies em relevo de dente 33 não são mais efetivas. Uma porção de corte efetiva é definida a partir da face de extremidade de corte 16 até o plano de comprimento de corte Pc.

[0036] A fresa de topo 10 pode ser talhada e neste exemplo talhas de extremidade 34 são mostradas na Fig. 2A.

[0037] Cada estria 22 compreende uma porção de ejeção de formato convexo 36A, 36B, 36C, 36D, uma porção de flexão de formato côncavo 38A, 38B, 38C, 38D conectando cada porção de ejeção 36 e cada superfície inclinada 28.

[0038] Cada estria 22 pode também compreender uma correspondente de primeira, segunda, terceira e quarta porções de espessamento de formato côncavo 40 A, 40B, 40C, 40D conectando uma porção de ejeção 36 e sua borda em relevo 32 associadas.

[0039] Como mostrado na Figs. IA e 1B, uma porção de espessamento, especificamente a porção de espessamento designada 40B, estende-se ao longo de apenas parcialmente ao longo da porção de corte 14. Inversamente, as porções de espessamento 40A, 40C, 40D restantes podem se estender ao longo de toda a porção de corte 14. A falta de uma porção de espessamento 40B ao longo de uma porção da porção de corte 14 pode ser limitada a apenas um dos múltiplos dentes 20. Este arranjo pode auxiliar na provisão de resistência de dente.

[0040] Com referência agora à Fig. 2C, cada porção de ejeção 36, porção de flexão 38 e subsuperfície inclinada rebaixada 48 (descritas em mais detalhe aqui abaixo) pode ser curvada e pode ter um raio R correspondendo a uma porção de um círculo imaginário C. Por simplicidade, a seguinte descrição se refere à segunda estria 22B apenas, ainda correspondendo elementos e caracteres de referência são entendidos como estando presentes para cada estria 22 deste exemplo. Mais precisamente: a segunda subsuperfície inclinada rebaixada 48B pode ter um raio de inclinação RIB correspondendo ao raio de um círculo de inclinação imaginário CIB; a segunda porção de flexão 38B pode ter um raio de flexão RIB correspondendo ao raio do círculo de flexão imaginário Ü2B; a segunda porção de ejeção 36B pode ter um raio de ejeção R?B correspondendo ao raio do círculo de ejeção imaginário CSB; e a segunda porção de espessamento 40B pode ter um raio de espessamento R4B correspondendo ao raio do círculo de espessamento imaginário C4B- Dentro de uma seção transversal de estria, mudanças a partir de uma curvatura a outra podem ocorrem em descontinuidades ao longo das mesmas. Por exemplo: uma primeira descontinuidade de estria 42B pode ser posicionada em uma interseção da segunda subsuperfície inclinada rebaixada 48B e a segunda porção de flexão 38B; uma segunda descontinuidade de estria 44B pode ser posicionada em uma interseção da segunda porção de flexão 38B e a segunda porção de ejeção 36B; e uma terceiro estria descontinuidade 46B pode ser posicionada em uma interseção da segunda porção de ejeção 36B e a segunda porção de espessamento 40B.

[0041] Vai ser entendido que porções da fresa de topo real podem se desviar ligeiramente de ser perfeitamente circulares. Consequentemente, subporções inclinadas rebaixadas, porções de flexão, porções de ejeção e porções de espessamento devem ser consideradas como tendo aproximadamente tais raios.

[0042] Com referência à primeira estria 22A como um exemplo, medição de uma altura de ejeção E é exemplificada como se segue: a altura de ejeção EA é mensurável entre uma ápice AA da primeira porção de ejeção 36A até uma linha reta imaginária ILA estendendo-se a partir de um fundo NA da porção de flexão adjacente 38A (isto é, o fundo N sendo um ponto o mais próximo de uma porção de flexão de um ponto de centro Cp de uma fresa de topo) até a segunda borda em relevo associada, adjacente 32B (a segundo borda em relevo 32B definida por conveniência como parte do segundo dente associado 20B, porém também sendo associada com a primeira estria adjacente, que sucede 22A).

[0043] Cada estria 22 tem um ângulo de hélice H (Fig. IB) formado com o eixo geométrico de rotação AR. Neste exemplo, o ângulo de hélice H da primeira e terceira estrias 22A e 22C é 37° e o ângulo de hélice da segunda e quarta estrias 22B e 22D é 35°. A primeira e terceira estrias 22A e 22C tendo um ângulo de hélice H de 37° são consideradas como tendo grandes ângulos de hélice, em relação às segunda e quarta estrias 22B e 22D tendo um ângulo de hélice H de 35°.

[0044] Dimensões exemplificadas viáveis para diferentes exemplos de diâmetro são mostradas na tabela abaixo (com as dimensões se relacionando ao exemplo de 12 mm correspondendo ao exemplo descrito da fresa de topo 10).

[0045] Como mostrado na Fig. 2B, a porção de corte 14 tem um diâmetro de núcleo Dc. O diâmetro de núcleo Dc é definido como o dobro de uma soma das distâncias a partir do ponto de centro Cp até um ponto o mais próximo de cada estria 22, dividido pelo número de estrias. No presente exemplo as estrias todas têm profundidade igual e consequentemente o diâmetro de núcleo Dc é o diâmetro de um círculo inscrito Q mostrado na Fig. 2B. Para elaborar, em exemplos onde as estrias têm profundidade desigual, o diâmetro de núcleo Dc é dobro da distância média a partir do ponto de centro Cp até um ponto o mais próximo de cada estria.

[0046] Com referência à Fig. 2C, cada dente 20, referindo ao primeiro dente 20A as um exemplo, tem um dente raio RTA e uma largura do dente WTA-

[0047] No exemplo mostrado, cada raio de dente RT tem a mesma magnitude. Consequentemente, a diâmetro de porção de corte DE é o dobro da magnitude do raio de dente Rp. Em exemplos onde os dentes têm raios de dente desiguais, o diâmetro de porção de corte DE é definido como o dobro de uma soma de raios de dente Rp dividida pelo número de dentes.

[0048] A largura do dente WPA é mensurável entre uma primeira linha imaginária estendendo-se a partir do ponto de centro Cp até a aresta de corte 30A e uma segunda linha imaginária paralela com a primeira linha imaginária e que intercepta a borda em relevo 32A.

[0049] No exemplo mostrado, cada largura do dente WPA pode ter a mesma magnitude, pelo menos na face de extremidade de corte 16. Para resistência do dente, para fresas de topo com ângulos de índice em um arranjo assimétrico, verificou-se que larguras de dente são efetivas quando variadas em posições espaçadas da face de extremidade de corte 16. Neste exemplo, o primeiro e terceiro dentes 20A, 20C diminuem de largura a partir da face de extremidade de corte 16 e o segundo e o quarto dentes 20B, 20D aumentam de largura a partir da face de extremidade de corte 16.

[0050] Por simplicidade, a seguinte descrição é feita em relação a duas dentes 20B, 20C apenas. É notado que neste exemplo a geometria do dente 20A é idêntica ao dente 20C e a geometria do dente 20B é idêntica ao dente 20D.

[0051] Com referência às Figs. 3A e 3B, cada uma das superfícies inclinadas 28B, 28C compreende uma subsuperfície inclinada rebaixada 48B, 48C, uma subsuperfície inclinada de corte 50B, 50C e uma descontinuidade inclinada 52B, 52C formada em uma interseção das mesmas.

[0052] Para simplificar a fabricação, a subsuperfície inclinada rebaixada 48 pode ter o mesmo formato, que pode ser um formato côncavo como mostrado nas Figs. 3A e 3B. Notavelmente, o formato é rebaixado a partir da subsuperfície inclinada de corte associada 50 de modo que aparas de metal que foram cortadas a partir de uma peça de trabalho (não mostrada) pode preferivelmente passar sobre as subsuperficies inclinadas rebaixadas 48 sem contato, especialmente nos pontos imediatamente adjacentes à descontinuidade inclinada 52, deste modo reduzindo a transferência de calor para a fresa de topo.

[0053] Cada subsuperfície inclinada de corte 50 tem um ângulo de corte interno real YB, YC tendo um valor maior do que um ângulo de corte interno imaginário À®, N associado com a subsuperfície inclinada rebaixada 48 do mesmo dente 20. Mais precisamente, referência à Fig. 3B como um exemplo, uma linha de extensão inclinada imaginária 53B, estendendo-se a segunda subsuperfície inclinada rebaixada 48B a partir da descontinuidade inclinada 52B intercepta uma linha de extensão de relevo imaginária 55B que se estende a segunda superfície em relevo 26B e forma um ângulo de corte interno agudo ÀB em uma interseção das mesmas.

[0054] Como melhor visto nas Figs. 3A e 3B, a seção transversal de cada subsuperfície inclinada de corte 50 pode ser reta.

[0055] Cada dente 20 pode ter uma dimensão de comprimento Lc de subsuperfície inclinada de corte (mostrada apenas na Fig. 3A, mas existindo para cada subsuperfície inclinada de corte 50). Neste exemplo, Lc é 0.026RT

[0056] Cada dente 20 pode ter um ângulo de inclinação radial β medido a partir de uma linha radial imaginária LR da fresa de topo 10 que se estende a partir de eixo geométrico de rotação AR até aresta de corte 30, para a subsuperfície inclinada de corte 50.

[0057] No exemplo mostrado, o ângulo de inclinação radial ββ do segundo dente 20B é -2o e o ângulo de inclinação radial Pc do terceiro dente 20C é 2o.

[0058] As superfícies em relevos 26 podem ambas formar o mesmo ângulo de relevo radial «B, ac, medido em relação a uma linha circular imaginária LTB, LTC tendo o mesmo diâmetro do dente associado 20. No exemplo mostrado, os ângulos de relevo radiais OB, ac são 7o.

[0059] Os resultados de teste mostrados nas Figs. 4A a 4E, mostram vidas de ferramenta comparativas de diferentes fresas de topo projetadas para usinar titânio. Em cada caso, a vida da ferramenta foi determinada interrompendo a usinagem em intervalos predeterminados (ou por detecção de uma elevação de exigências de potência para usinagem) e determinar o desgaste da ferramenta. Falha da ferramenta, depois que usinagem continuada foi interrompida, era considerada ser pelo desgaste do flanco atingindo 0,2 mm ou desgaste do canto atingindo 0,5 mm.

[0060] Nas fresas de topo de teste numeradas como: "no. 1" são de acordo com a matéria do presente pedido; "no. 2" são notavelmente diferente da fresa de topo no. 1, em que as arestas de corte não são cegas e elas têm um revestimento diferente, dentes serrilhados e ângulos de hélice comuns para todo o comprimento da porção de corte; "no. 3" têm o mesmo revestimento como a fresa de topo no. 1, mas notáveis diferenças incluem dentes serrilhados, as arestas de corte não sendo cegas e ângulos de hélice comuns para todo o comprimento da porção de corte; - "no. 4" têm as mesmas arestas de corte cegas que a fresa de topo no. 1, mas notáveis diferenças incluem um revestimento diferente, dentes serrilhados e ângulos de hélice comuns; "no. 5" têm as mesmas arestas de corte cegas e revestimento que a fresa de topo no. 1, mas notáveis diferenças incluem dentes serrilhados e ângulos de hélice comuns; "no. 6" são as mesmas que a no. 2, exceto com um diferente substrato da mesma; - "no. 7" têm uma porção de ejeção de acordo com a matéria do presente pedido e o mesmo revestimento, mas uma notável diferença para a fresa de topo no. 1 é um arranjo simétrico de ângulo de índice; e "no. 8" tem o mesmo revestimento que a fresa de topo no. 1, mas uma notável diferença é que as arestas de corte não são cegas.

[0061] Mais particularmente, cada uma das Figs. 4A a 4E mostra os resultados de testes das fresas de topo por corte de um metal diferente sob condições de usinagem específicas. A tabela 1 abaixo mostra a correspondência entre cada uma das Figs. 4A a 4E, em relação ao metal sendo cortado e as condições de usinagem e a Tabela 2 apresenta, em forma tabular, os resultados de teste.

Tabela 1 - Materiais Testados e Condições de Usinagem

Tabela 2 Vida da ferramenta (tempo até interrupção) para fresas de topo

[0062] Os resultados do teste de usinagem de titânio mostrado na Fig. 4B indicam que a fresa de topo no. 1, que foi fabricada de acordo com a matéria do presente pedido, tinha uma vida da ferramenta signifícativamente ais longa do que as outras fresas de topo testadas a uma velocidade de 80,0 metros por minuto, com seu teste sendo voluntariamente interrompido quando mais usinagem não era julgada necessária.

[0063] Em vista do notável resultado, um teste de verificação adicional (não mostrado) foi realizado sobre uma outra placa de titânio para confirmar que a placa usada no teste mostrado na Fig. 4B não estava abaixo do padrão.

[0064] De modo notável, porém, os resultados mostrados nas Figs. 4C-4E indicam que a longevidade comparativa não era evidente ao se usinar outros materiais e não era mostrada claramente em uma velocidade de usinagem mais baixas nos resultados da Fig. 4A.

[0065] A descrição acima inclui uma modalidade exemplificativa que não exclui modalidades não exemplificadas do escopo de reivindicação do presente pedido.

Claims

1. Fresa de topo para usinar titânio, tendo um eixo geométrico de rotação estendendo-se longitudinalmente AR, compreendendo: uma porção de haste, e uma porção de corte estendendo-se a partir da porção de haste até uma face de extremidade de corte e sendo formada integralmente com pelo menos quatro dentes de corte alternados com estrias de formato helicoidal e tendo um diâmetro da porção de corte DE; cada dente compreendendo uma superfície inclinada, uma superfície em relevo, e uma aresta de corte formada em uma interseção das superfícies inclinada e em relevo e uma borda em relevo espaçada a partir da aresta de corte e formada em uma interseção da superfície em relevo e uma superfície da estria adjacente que sucede ao dente, cada superfície inclinada compreendendo uma subsuperfície inclinada rebaixada, uma subsuperfície inclinada de corte posicionada mais distante da subsuperfície inclinada rebaixada a partir do eixo geométrico de rotação e elevada acima da subsuperfície inclinada rebaixada, em relação a uma linha radial imaginária passando através da aresta de corte, e uma descontinuidade inclinada formada em uma interseção das subsuperficies inclinada rebaixada e inclinada de corte, caracterizada pelo fato que: cada dente compreende um ângulo de corte interno real formado em uma interseção da subsuperfície inclinada de corte e da superfície em relevo, o ângulo de corte interno real tendo um valor maior do que um ângulo de corte interno imaginário formado em uma interseção de linhas de extensão imaginárias da subsuperfície inclinada rebaixada e da superfície em relevo; cada dente tem uma dimensão de comprimento de subsuperfície inclinada de corte Lc, medida a partir da sua descontinuidade inclinada até a sua aresta de corte, satisfazendo a condição 0,01 RT < Lc< 0,05 RT, em que RT é a dimensão de raio de dente, medida em uma linha reta a partir do eixo geométrico de rotação até a aresta de corte; cada dente tem um ângulo de inclinação radial dentro de uma faixa de 6o a -6o; cada estria tem um ângulo de hélice H que satisfaz a condição 30°<H<50°; em um plano perpendicular ao eixo geométrico de rotação AR, cada estria compreende uma porção de ejeção de formato convexo e uma porção de flexão de formato côncavo conectando a porção de ejeção e a subsuperfície inclinada rebaixada; a porção de ejeção tem uma altura de ejeção E que é mensurável entre um ápice da porção de ejeção até uma linha reta imaginária estendendo-se a partir de um fundo da porção de flexão adjacente até a borda em relevo adjacente, a altura de ejeção E tendo uma magnitude satisfazendo a condição O.OIODE < E < 0,031DE; e na face de extremidade de corte, ângulos de índice das estrias estão em um arranjo assimétrico.

2. Fresa de topo de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a altura de ejeção E tem uma magnitude que satisfaz a condição 0,014DE < E < 0,029DE.

3. Fresa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a porção de ejeção, a porção de flexão e a altura de ejeção E, estão presentes em cada plano perpendicular ao eixo geométrico de rotação AR de uma porção de corte efetiva da fresa de topo.

4. Fresa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que um ângulo de hélice e um raio da porção de ejeção de uma das estrias é menor do que um respectivo ângulo de hélice e um raio da porção de ejeção de uma outra das estrias.

5. Fresa de topo de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que ângulos de hélice que são mais próximos de ângulo de hélice máximo das estrias do que de ângulo de hélice mínimo das estrias são considerados como ângulos de hélice relativamente grandes e ângulos de hélice que são mais próximos de um ângulo de hélice mínimo do que do ângulo de hélice máximo das estrias são considerados como ângulos de hélice relativamente pequenos e cada estria com um ângulo de hélice relativamente grande tem um raio da porção de ejeção maior do que um raio da porção de ejeção de cada estria com um ângulo de hélice relativamente pequeno.

6. Fresa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que um ângulo de hélice e um raio da porção de flexão de uma das estrias é menor do que um respectivo ângulo de hélice e um raio da porção de flexão de uma outra das estrias.

7. Fresa de topo de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que ângulos de hélice que são mais próximos de ângulo de hélice máximo das estrias do que de um ângulo de hélice mínimo das estrias são considerados como ângulos de hélice relativamente grandes e ângulos de hélice que são mais próximos de um ângulo de hélice mínimo do que do ângulo de hélice máximo das estrias são considerados como ângulos de hélice relativamente pequenos e cada estria com um ângulo de hélice relativamente grande tem um raio da porção de flexão maior do que um raio da porção de flexão de cada estria com um ângulo de hélice relativamente pequeno.

8. Fresa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o raio da porção de flexão de uma estria é menor do que um raio da sua porção de ejeção ou cada raio da porção de flexão da estria é menor do que cada raio da sua porção de ejeção.

9. Fresa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que, na face de extremidade de corte, cada estria compreende uma porção de espessamento de formato côncavo conectando a porção de ejeção e a borda em relevo.

10. Fresa de topo de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que uma das porções de espessamento se estende ao longo de apenas uma porção da porção de corte ou, exceto para dita uma porção de espessamento, cada porção de espessamento estende-se ao longo de toda a porção de corte.

11. Fresa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que na porção de corte, um diâmetro de núcleo Dc satisfaz a condição 0,47DE < Dc < 0,60DE, OU O diâmetro de núcleo Dc é 0,53DE ± 0,01DE.

12. Fresa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que o ângulo de corte interno real tem um valor que é maior do que o ângulo de corte interno imaginário de 4o a 15°, ou que é maior do que o ângulo de corte interno imaginário de 8o a 13°.

13. Fresa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que ângulos de inclinação dos dentes são 2o ± Io ou -2o ± Io.

14. Fresa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que os dentes estão em um arranjo em que cada segundo ângulo de inclinação radial tem o mesmo valor, cujo valor difere do ângulo de inclinação radial dos alternados.

15. Fresa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizada pelo fato de que cada dente tem uma dimensão de comprimento Lc da subsuperfície inclinada de corte, medida a partir da descontinuidade inclinada até a aresta de corte do mesmo dente, satisfazendo a condição 0,01 RT < Lc< 0,05RT, em que RT é a respectiva dimensão de raio de dente ou a dimensão de comprimento da subsuperfície inclinada de corte Lc é 0,026RT ± 0,005RT.