MXPA06006921A

MXPA06006921A - Broca helicoidal.

Info

Publication number: MXPA06006921A
Application number: MXPA06006921A
Authority: MX
Inventors: Larry R Meenan
Original assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2006-09-04
Also published as: RU2372171C2; CA2548505C; KR20060125808A; BRPI0417627A; EP1694458A4; EP1694458B1; CN100415420C; WO2005061159A8; CA2548505A1; ES2340391T3; JP4671968B2; CN1894063A; JP2007514560A; US7101125B2; ATE457844T1; US20050135887A1; KR100838767B1; PL1694458T3; DE602004025609D1; RU2006125415A

Abstract

Una broca helicoidal (10) que incluye un extremo cortante (12) que tiene una superficie de flanco frontal (14), un cuerpo de herramienta sustancialmente cilindrico (16) que se extiende hacia atras desde el extremo cortante y un mango (18). El cuerpo de herramienta (16) incluye un eje rotacional a traves del mismo y al menos una acanaladura (20) formada sobre la superficie periferica exterior del mismo y que se extiende hasta la superficie de flanco frontal (14). La al menos una acanaladura (20) incluye una primer porcion helicoidal (24) que se abre hacia la superficie de flanco frontal (14) y una segunda porcion helicoidal (26) que se extiende desde el extremo posterior de la primera porcion helicoidal hacia la porcion posterior del cuerpo de herramienta (16). La segunda porcion helicoidal (26) gira en la direccion opuesta a la primera porcion helicoidal (24).

Description

BROCA HELICOIDAL ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención Esta invención se refiere a una broca helicoidal.

Más particularmente, esta invención se refiere a una broca helicoidal que tiene un cuerpo de herramienta que incluye acanaladuras helicoidales en la superficie periférica exterior del cuerpo de herramienta para descargar suavemente la viruta de corte y proporcionar rigidez mejorada contra la resistencia al corte. Descripción de la Técnica Relacionada Una broca helicoidal convencional que comprende un cuerpo de herramienta cilindrico proporcionado con al menos una acanaladura helicoidal y una parte plana, en donde la acanaladura y la parte plana siguen un ángulo helicoidal hacia un punto de corte en avance. El extremo posterior del cuerpo de herramienta de la broca helicoidal se puede asegurar en un portaherramienta; por ejemplo, de una herramienta de mano o una máquina de perforación. La punta cortante de la broca es generalmente de forma cónica, con un borde cortante desde el cual un par de bordes cortantes diametralmente opuestos definidos por las superficies delanteras de las partes planas acanaladas y los flancos de la punta de la broca que forman las superficies de extremo de las partes planas acanaladas. La periferia exterior de cada parte plana acanalada tiene en su borde delantero una proyección radial que se denomina variadamente una parte plana, una parte plana cilindrica y un margen de soporte. Estos dos márgenes de soporte se extienden a lo largo de la longitud de las partes planas acanaladas. El diseño de la acanaladura de la broca helicoidal es extremadamente critico para su desempeño. El diseño de la acanaladura determina la capacidad de la broca helicoidal para formar, acomodar y evacuar las virutas producidas durante la operación de corte, eliminando asi el calor. SUMARIO DE LA INVENCIÓN Brevemente, de acuerdo con esta invención, se proporciona una broca helicoidal. La broca helicoidal incluye un extremo cortante que tiene una superficie de flanco frontal, un cuerpo de herramienta sustancialmente cilindrico que se extiende hacia atrás desde el extremo cortante y un mango. El cuerpo de herramienta incluye un eje rotacional a través del mismo y al menos una acanaladura formada sobre la superficie periférica exterior del mismo y que se extiende hacia la superficie del flanco frontal. La al menos una acanaladura incluye una primera porción helicoidal que se abre hacia la superficie del flanco frontal y una segunda porción helicoidal que se extiende desde el extremo posterior de la primera porción helicoidal hacia la porción posterior del cuerpo de herramienta. La segunda porción helicoidal gira en una dirección opuesta de la primera porción helicoidal. En una modalidad alterna, la broca helicoidal comprende además una tercera porción helicoidal. La tercera porción helicoidal gira en una dirección opuesta a la segunda porción helicoidal. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las características adicionales de la presente invención, asi como ventajas derivadas de la misma, serán claras a partir de la siguiente descripción detallada hecha con referencia a los dibujos en los cuales: La Figura 1 es una vista en perspectiva de una broca de acuerdo con la presente invención; La Figura 2 es una vista lateral de la broca de la Figura 1; y La Figura 3 es una vista de extremo de la broca de la Figura 1. DESCRIPCIÓN DE LA MODALIDAD PREFERIDA Refiriéndose a los dibujos, en donde los caracteres de referencia similares representan elementos similares, se muestra una broca helicoidal 10 de acuerdo con la presente invención. La broca helicoidal incluye tres secciones principales. La primera sección de la broca helicoidal es la punta o extremo cortante 12 que incluye una superficie de flanco frontal 14. El extremo cortante 12 hace el corte de una pieza de trabajo para formar un orificio. Adyacente a la primera sección de la broca helicoidal 10 se encuentra la segunda sección que comprende el cuerpo de herramienta 16. El cuerpo de herramienta 16 se extiende hacia atrás desde el extremo cortante 12. La tercera sección de la broca helicoidal 10 es el mango 18 o parte sólida de la broca helicoidal que no tiene acanaladuras . Se apreciará que la punta o extremo de corte 12 de la broca helicoidal 10 puede tomar la mayoría de cualquier forma adecuada. Por ejemplo, aunque la presente invención se muestra en la forma de una broca helicoidal 10 que tiene una geometría de punta cortante formada por una extremo cortante de inserto removible, la broca helicoidal puede también formarse como una broca helicoidal sólida formada de metal o carburo cementado y lo similar como se conoce en la materia. De manera consecuente, la ilustración del diseño de la acanaladura sobre la broca helicoidal 10 que tiene una punta cortante removible no debe interpretarse como una limitación de la invención excepto si se reivindica de otro modo. Para propósitos de ilustración de la presente invención, el extremo cortante 12 se muestra como un extremo cortante intercambiable. Para una descripción más detallada de un extremo cortante intercambiable, se hace referencia a la Solicitud de Patente No. PCT/EP03/01526 titulada Rotary Cutting Tool Comprising an Exchangeable Cutting Insert (Herramienta Cortante que Comprende un Inserto Cortante Intercambiable) , incorporada en la presente mediante la referencia en su totalidad. Se apreciará que pueden diseñarse varias configuraciones del extremo cortante y seleccionarse para lograr rangos de corte aceptables, dependiendo del material de la pieza de trabajo y las condiciones de perforación como es muy conocido en la técnica. Por ejemplo, otras configuraciones del extremo cortante 12 que también pueden utilizarse en las modalidades ejemplificativas de la invención incluyen una punta dividida, una punta dentada alisada, una punta de un solo ángulo, una punta de doble ángulo, una punta de ángulo de inclinación reducido, una punta helicoidal, una punta multi-facetas, una punta de borde redondeado y lo similar. En una modalidad preferida, la configuración del extremo cortante 12 es un borde de cincel en forma de S. La punta o extremo cortante 12 de la broca helicoidal 10 se une de manera operativa ál cuerpo de herramienta 16. El cuerpo de herramienta 16 puede fabricarse de acero; por ejemplo, acero rápido o carburo cementado como se describió previamente. El cuerpo de herramienta 16 incluye al menos una acanaladura helicoidal 20 y una parte plana 22. En una modalidad preferida, se forma un par de acanaladuras helicoidales 20 en la superficie periférica exterior del cuerpo de herramienta 16.

Se apreciará que el diseño de la acanaladura 20 de la broca helicoidal 10 es extremadamente critico para su desempeño. El diseño de la acanaladura 20 determina la capacidad de la broca helicoidal 10 para formar, acomodar y evacuar las virutas producidas durante la operación de corte, eliminando asi el calor. De acuerdo con la presente invención, la acanaladura 20 de la broca helicoidal 10 comprende una primera porción helicoidal 24 y una segunda porción helicoidal 26. La primera porción helicoidal 24 se abre hacia la superficie del flanco frontal 14 del extremo cortante 12 y gira a un ángulo de hélice hacia la segunda porción helicoidal 26. El ángulo de hélice TA de la primera porción helicoidal 24 puede ser variado o sustancialmente constante sobre la longitud desde el extremo cortante 12 hasta el cuerpo de herramienta 16 y sobre una porción de las acanaladuras en el cuerpo de herramienta en la sección A. En el caso de que la broca helicoidal 10 incluya uno o más orificios de enfriamiento 11, se apreciará que la posición rotacional del extremo cortante y la longitud de la primera porción helicoidal 24 pueden ajustarse en base a la posición de la salida del orificio de enfriamiento, que preferentemente se alinea con los bordes cortantes a fin de asegurar un suministro óptimo del liquido enfriador y del lubricante durante la operación de corte.

En una modalidad preferida, a fin de asegurar la fácil formación de virutas y el transporte de las virutas desde la zona de corte, la primera porción helicoidal 24 se coloca a un ángulo de hélice positivo TA (i.e., ángulo de incidencia) con respecto al eje central 28 del cuerpo de herramienta. El ángulo de hélice ?a de la primera porción helicoidal 24 es de aproximadamente 0 hasta aproximadamente 40 grados y preferentemente de aproximadamente 30 grados. Se apreciará que la primera porción helicoidal 24 puede también colocarse en un ángulo de hélice negativo. Como se utiliza en la presente, los términos de ángulo de hélice positivo y ángulo de hélice negativo se refieren a la dirección rotacional de la hélice con respecto al eje central 28 del cuerpo de herramienta. ün ángulo de hélice positivo disminuye el ángulo de corte, mientras que un ángulo de hélice negativo lo incrementa. La segunda porción helicoidal 26 gira en una dirección opuesta a la de la primera porción helicoidal 24. La segunda porción helicoidal 26 se extiende desde la parte posterior de la primera porción helicoidal 24 como se indica pro el símbolo "B" hacia el punto indicado por el símbolo C" en la Figura 2. El segundo ángulo de hélice TB de la porción helicoidal gira en la dirección opuesta de la primera porción helicoidal ?a para el propósito de orientar el área en sección transversal más rígida de la broca helicoidal 10 hacia un ángulo en cual el borde de cincel de la punta cortante 30 proporciona las propiedades de auto-centrado más débiles. Este ángulo se aproxima al ángulo 30 del borde de cincel de la punta cortante. El ángulo del borde de cincel de la punta cortante se selecciona para optimizar las condiciones de corte de la punta cortante. Desafortunadamente, el ángulo del borde de cincel de la punta cortante también se conoce como la dirección más débil, debido a que el borde de cincel de la punta cortante actúa como una cuchilla sobre la cual la punta puede "deslizarse" y ocasionar la deflexión del cuerpo de herramienta de broca helicoidal durante el corte cuando ocurre el contacto inicial de la broca helicoidal con la pieza de trabajo. En la modalidad preferida, en ángulo al cual el borde de cincel de la punta cortante en forma de S 30 proporciona las propiedades de auto-centrado más débiles es paralelo a la extensión longitudinal del borde de cincel. Se considera que la segunda porción helicoidal 26 que gira en la 'dirección opuesta incrementa la rigidez del cuerpo de herramienta 16 de la broca helicoidal a lo largo del borde de cincel 30 reduciendo asi la deflexión de la broca y permitiendo la formación de orificios más rectos y más precisos . El ángulo de hélice TB de la segunda porción - - helicoidal 26 puede variarse o mantenerse sustancialmente constante sobre la longitud desde el punto B hasta el punto C. La longitud máxima de la segunda porción helicoidal se establece en un rango de hasta aproximadamente 7D (en donde D es el diámetro de corte del extremo) . El ángulo de hélice TB de la segunda porción helicoidal 26 puede variar desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 30 grados, preferentemente aproximadamente 3 grados desde el punto B hasta el punto C. En una modalidad preferida, la segunda porción helicoidal 26 se coloca en un ángulo de hélice negativo. La broca helicoidal 10 puede incluir una tercera porción helicoidal 32. La tercera porción helicoidal 32 gira en una dirección opuesta a la segunda porción helicoidal 26. En una modalidad preferida, la tercera porción helicoidal 32 se coloca en un ángulo de hélice positivo. La tercera posición helicoidal 32 se extiende desde la parte posterior de la segunda porción helicoidal 26 como se indica por el símbolo "C" hasta el mango 18 de la broca helicoidal 10 indicada por el símbolo "D" en la Figura 2. El ángulo de hélice ?c de la tercera porción helicoidal 32 puede variar o mantenerse sustancialmente constante a través de la longitud desde el punto C hasta el punto D. La tercera porción helicoidal 32 se ha encontrado de torque, tracción y caballos de fuerza inferiores a los - requeridos para una broca helicoidal sin incorporar la tercera porción helicoidal. Se considera que la tercera porción helicoidal 32 proporciona una ventaja en el proceso de evacuación de viruta. Sin estar unido a una teoría, se considera que la tercera porción helicoidal 32 funciona similar a un tornillo de extrusión y extrae las virutas di orificio a cortarse. Se considera además que los efectos de la tercera porción helicoidal 32 serian particularmente benéficos en las condiciones de perforar un orificio profundo. El ángulo de hélice ?c de la tercera porción helicoidal 32 puede variar desde aproximadamente 0 hasta aproximadamente 40 grados, preferentemente aproximadamente 5 grados, desde el punto C hasta el punto D a lo largo de la longitud del mismo. El grosor del alma 34 de la broca helicoidal 10 puede ser de la mayoría de cualquier diseño adecuado. Por ejemplo, el grosor del alma 34 puede ser sustancialmente constante a lo largo de la longitud de la broca helicoidal 10, ahusado a lo largo de la longitud de la broca helicoidal o una combinación de los mismos. En una modalidad preferida, la profundidad de la acanaladura 20 hacia el extremo posterior del cuerpo de herramienta 16 es mayor que la profundidad de la acanaladura hacia el extremo frontal del cuerpo de herramienta, de tal manera que el contacto entre - - los cortes o virutas y la pared interna del orificio maquinado por la broca helicoidal y la acanaladura pueden evitarse efectivamente y puede asegurarse la descarga suave de virutas. En una modalidad más preferida, el grosor del alma en la fresa de broca a lo largo de la primera porción helicoidal 24 es mayor que el grosor del alma a lo largo de la segunda porción helicoidal 26 y es mayor que el grosor del alma a lo largo de la tercera porción helicoidal 32. Se apreciará que aunque la broca helicoidal 10 como se describe comprende una primera porción helicoidal 24, una segunda porción helicoidal 26 y alternativamente, una tercera porción helicoidal 32, se apreciará que esas porciones helicoidales adicionales también pueden agregarse a la broca helicoidal mas allá de lo que se describe en la presente. Por ejemplo, puede agregarse a la broca helicoidal una cuarta porción helicoidal. La invención se aclarará adicionalmente mediante la consideración de los siguientes ejemplos, que se proponen para ser simplemente ejemplificativos de la invención. Ejemplo 1 una broca helicoidal que incluye una primera porción de +30 grados de hélice, una segunda porción de -3 grados de hélice inversa y una tercera poción de +5 grados de hélice (Muestra 1) se probó contra una broca helicoidal que incluye una primera poción de +30 grados de hélice y una segunda porción de -3 grados de hélice inversa (Muestra 2) . El diámetro de cada broca fue de 16 mm y el material del extremo cortante fue carburo cementado de grado KC7315 comercialmente disponible de Kennametal Inc. La configuración del extremo cortante de cada broca fue una punta de broca conformada den S idénticas. Condiciones experimentales: Número de orificios perforados: 6, Velocidad de corte = 80 m/min, Tasa de alimentación = 0.45 mm/rev, Profundidad del orificio = 80 mm. Material a cortarse: acero 4140 (Dureza Brinnel 200) utilizando refrigerante interno @200 PSI. Se utilizó un dinamómetro de maquinado Kistler 9272 para medir las fuerzas de torque y tracción. El dinamómetro determina las fuerzas cercanas al proceso de corte y hace posible medir las fuerzas de torque y tracción del eje durante la perforación. Los resultados de la prueba se muestran en la Tabla 1 de abajo. Tabla 1 - Como se muestra en la Tabla 1, las mayores lecturas de torque, tracción y caballos de fuerza se observaron con las brocas helicoidales sin la tercera porción helicoidal. La tercera porción helicoidal proporcionó una mejora de aproximadamente 4.5 por ciento en torque reducido, una mejora de aproximadamente 3.5 por ciento en tracción reducida y una mejora de aproximadamente 2.2 por ciento en caballos de fuerza promedio reducidos en comparación a la broca helicoidal sin incluir la tercera porción helicoidal bajo condiciones de perforación sustancialmente idénticas. Ejemplo 2 Tres brocas helicoidales se sometieron a Análisis de Elemento Finito (FEA) . El diámetro de las brocas helicoidales fue de 8 mm y la longitud del cuerpo de herramienta fue de 40 mm. La configuración del extremo cortante de cada broca helicoidal fue una punta de broca en forma de S . La broca helicoidal de la Muestra 1 incluyó una primera porción de +30 grados de hélice y una segunda porción de 0 grados de hélice; la broca helicoidal de la Muestra 2 incluyó una primera porción de +30 grados de hélice y una segunda porción de -3 grados de hélice inversa y una tercera porción de 0 grados de hélice y la broca helicoidal de la Muestra 3 incluyó una primera porción de +30 grados de - hélice, una segunda porción de -3 grados de hélice inversa y una tercera porción de +5 grados de hélice. Se aplicó una fuerza de 50 Ne tons en una dirección alineada con la extensión longitudinal del borde de cincel. El desplazamiento resultante del extremo cortante de la broca helicoidal se determinó entonces a través del análisis FEA.

Tabla 2 Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Desplazamiento 0.349 0.317 0.329 Resultante (mm) Como se muestra en la Tabla 2, la segunda porción helicoidal de la broca helicoidal de la Muestra 2 incrementa la resistencia de la rigidez del cuerpo de herramienta de la broca helicoidal a lo largo del borde de cincel en forma de S por aproximadamente 9.2 por ciento en comparación a la broca helicoidal que no incluye una segunda porción de hélice inversa (Muestra 1) . Además, la broca helicoidal que incluye una segunda porción de hélice inversa y una tercera porción (Muestra 3) tuvo una rigidez incrementada de aproximadamente 5.7 por ciento en comparación a la broca helicoidal que no incluyó ya sea una segunda o tercera porción de hélice inversa (Muestra 1). Los documentos, patentes y solicitudes de patente - - referidos en la presente se incorporan en la presente mediante la referencia. Aunque la invención se ha descrito específicamente en relación con ciertas modalidades especificas de la misma, debe entenderse que esto es a manera de ilustración y no de limitación, y el alcance de las reivindicaciones anexas debe interpretarse tan ampliamente como lo permita la técnica anterior.

Claims

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1 - REIVINDICACIONES 1. Una broca helicoidal que comprende: un extremo cortante que incluye una superficie de flanco frontal, un cuerpo de herramienta sustancialmente cilindrico que se extiende hacia atrás desde el extremo cortante y un mango; teniendo el cuerpo de herramienta un eje giratorio a través del mismo y que incluye al menos una acanaladura formada sobre la superficie periférica exterior del mismo y que se extiende hasta la superficie de flanco frontal; en donde la al menos una acanaladura incluye una primera porción helicoidal que se abre hacia la superficie de flanco frontal y una segunda porción helicoidal que se extiende desde el extremo posterior de la primera porción helicoidal hacia la porción posterior del cuerpo de herramienta, en donde la segunda porción helicoidal gira en dirección opuesta a la de la primera porción helicoidal. 2. La broca helicoidal de la reivindicación 1, en donde la primera porción helicoidal se coloca en una hélice positiva. 3. La broca helicoidal de la reivindicación 1, en donde el extremo cortante es un extremo cortante intercambiable . 4. La broca helicoidal de la reivindicación 1, en donde el extremo cortante incluye un borde de cincel en forma - de S. 5. La broca helicoidal de la reivindicación 1, en donde el cuerpo de herramienta se fabrica de acero, 6. La broca helicoidal de la reivindicación 1, en donde el cuerpo de herramienta se fabrica de carburo cementado. 7. La broca helicoidal de la reivindicación 1, en donde el cuerpo de herramienta incluye un par de acanaladuras helicoidales formadas en la superficie exterior periférica del cuerpo de herramienta. 8. La broca helicoidal de la reivindicación 7, en donde el ángulo helicoidal de la primera porción helicoidal se mantiene constante desde el extremo cortante hasta el cuerpo de herramienta y sobre una porción de las acanaladuras en el cuerpo de herramienta. 9. La broca helicoidal de la reivindicación 1, en donde la broca helicoidal incluye al menos un orificio para refrigerante. 10. La broca helicoidal de la reivindicación 1, en donde el ángulo helicoidal de la primera porción helicoidal es de aproximadamente 0 hasta aproximadamente 40 grados. 11. La broca helicoidal de la reivindicación 10, en donde el ángulo helicoidal de la primera porción helicoidal es de aproximadamente 30 grados. 12. La broca helicoidal de la reivindicación 1, en - donde el ángulo helicoidal de la segunda porción helicoidal es de aproximadamente 1 hasta aproximadamente 30 grados. 13. La broca helicoidal de la reivindicación 12, en donde el ángulo helicoidal de la segunda porción helicoidal es de aproximadamente 3 grados. 14. La broca helicoidal de la reivindicación 1, que comprende además una tercera porción helicoidal que se extiende desde la parte posterior de la segunda porción helicoidal, 15. La broca helicoidal de la reivindicación 14, en donde la tercera porción helicoidal gira en la dirección opuesta de la segunda porción helicoidal. 16. La broca helicoidal de la reivindicación 15, en donde la tercera porción helicoidal se extiende desde la parte posterior de la segunda porción helicoidal hasta el mango de la broca. 17. La broca helicoidal de la reivindicación 14, en donde el ángulo helicoidal de la tercera porción helicoidal es constante. 18. La broca helicoidal de la reivindicación 14, en donde el ángulo helicoidal de la tercera porción helicoidal es desde aproximadamente 0 hasta aproximadamente 40 grados. 19. La broca helicoidal de la reivindicación 14, en donde el ángulo helicoidal de la tercera porción - - helicoidal es de aproximadamente 5 grados . 20. La broca helicoidal de la reivindicación 1, en donde la broca helicoidal tiene un grosor del alma que es constante a lo largo de la longitud de la broca helicoidal. 21. La broca helicoidal de la reivindicación 1, en donde la broca helicoidal tiene un grosor del alma que se ahusa a lo largo de la longitud de la broca helicoidal. 22. La broca helicoidal de la reivindicación 1, en donde la broca helicoidal tiene un grosor del alma que varia a lo largo de la extensión longitudinal de la broca helicoidal .