BR102012003355A2

BR102012003355A2 - Inserto de corte com ponta de corte distinta e estrutura de controle de apara

Info

Publication number: BR102012003355A2
Application number: BRBR102012003355-0A
Authority: BR
Inventors: Shin Chen; Kent Peter Mizgalski; Timothy William Halpin; John James Barry; Gerd Willi Heubeck
Original assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2014-02-04
Also published as: DE102012002547A1; KR20120101996A; CN102672216B; CN102672216A; JP2012183636A; US20120230785A1; US9199312B2; FR2972374A1

Abstract

INSERTO DE CORTE COM PONTA DE CORTE DISTINTA E ESTRUTURA DE CONTROLE DE APARA Trata-se de um inserto de corte que incorpora uma ponta de corte distinta pré-formada que envolve um canto de corte curvado do inserto. A ponta de corte inclui uma camada de topo e uma camada de fundo feita de um material relativamente mais duro do que a camada de topo. Em uma modalidade, a camada de fundo é feita de diamante policristalino (PCD) ou de um material de nitreto de boro cúbico policristalino (CBN) e a camada de topo é feita de carbeto cementado. O inserto de corte pode incorporar adicionalmente uma estrutura de controle de apara formada na ponta de corte que inclui uma pluralidade de facetas formadas em cada lado de uma linha central para fornecer controle de apara durante uma operação de corte. A estrutura de controle de apara pode ser formada em um processo de duas etapas para expor uma porção da camada de fundo. A ponta de corte distinta pode ser soldada ao inserto de corte antes da formação da estrutura de controle de apara.

Description

“INSERTO DE CORTE COM PONTA DE CORTE DISTINTA E ESTRUTURA DE CONTROLE DE APARA”

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

É um objetivo contínuo na indústria de corte de metal fornecer insertos de corte de 5 metal com bordas de corte afiadas que permaneçam afiadas por mais tempo mesmo duran- te a usinagem de materiais não ferrosos e abrasivos. Nesse sentido, é conhecida a incorpo- ração de materiais de diamante policristalino (PCD) e materiais de nitreto de boro cúbico policristalino (CBN) em um substrato de carbeto para fornecer uma borda de corte aperfei- çoada. Entretanto, uma porção significante da ponta de corte é embutida no interior da fenda 10 e essa porção embutida atua apenas como material estrutural para reter a ponta no interior da fenda e não entra em contato com a peça de trabalho.

O custo de materiais de PCD ou de CBN usados como um substrato é muito alto se comparado ao custo de carbeto cementado. Uma tentativa para reduzir o custo é fornecer um inserto de corte que incorpora uma ponta de corte distinta que envolve o nariz de um 15 inserto de corte e que tem uma camada de topo feita de material de PCD ou de CBN que é suportado por uma camada de fundo de substrato de carbeto cementado. Foi revelado, en- tretanto, que embora a camada de topo de material de PCD ou CBN tenha espessura sufici- ente para permitir que um quebrador de aparas seja triturado na mesma, a espessura da camada de topo de material de PCD ou CBN é insuficiente para operações de usinagem, 20 desse modo, reduzindo a vida útil da máquina do inserto de corte.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O problema da vida útil de máquina reduzida de um inserto de corte com uma ponta distinta feita de uma camada de topo de material relativamente mais duro e uma camada de fundo de material relativamente mais macio é resolvido pela reversão desses materiais e 25 fornecimento de um inserto de corte com uma ponta distinta que tem a camada de topo feita de um material relativamente mais macio e uma camada de fundo feita de um material rela- tivamente mais duro e, então, remoção de material da camada de topo para expor uma por- ção da camada de fundo relativamente mais dura para formar a borda de corte.

Em um aspecto, um inserto de corte compreende um corpo que tem superfície su- 30 perior, uma face de base, pelo menos duas paredes laterais que se unem à face superior e à face inferior, um canto de corte curvado na interseção das pelo menos duas paredes late- rais e uma borda de corte formada nas interseções de cada parede lateral e da face superi- or; uma reentrância formada no canto de corte curvado; e uma ponta de corte montada na reentrância, sendo que a ponta de corte inclui uma camada de topo feita de um primeiro 35 material, e uma camada de fundo disposta adjacente a um piso da reentrância e feita de um segundo material que tem uma dureza maior do que o primeiro material.

Em outro aspecto, um método de fabricação de um inserto de corte que tem uma ponta de corte com uma estrutura de controle de apara definida por uma pluralidade de fa- cetas, sendo que a ponta de corte inclui uma camada de topo feita de um primeiro material, e uma camada de fundo disposta adjacente a um piso da reentrância e feita de um segundo material que tem uma dureza maior do que o primeiro material, sendo que o método com- preende:

remover material da camada de topo em um primeiro ângulo, A1, para expor a ca- mada de fundo; e

remover material da camada de topo em um segundo ângulo, A2, para expor adi- cionalmente a camada de fundo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Embora várias modalidades da invenção sejam ilustradas, as modalidades particu- lares mostradas não devem ser interpretadas para limitar as reivindicações, é antecipado que várias alterações e modificações podem ser feitas sem que se afaste do escopo dessa invenção.

A FIGURA 1 é uma vista isométrica e explodida de um inserto de corte de acordo

com um aspecto da invenção;

A FIGURA 2 é uma vista parcial ampliada do inserto de corte mostrado na FIGURA

1 de acordo com um aspecto da invenção;

A FIGURA 3 é uma vista de topo da FIGURA 2; e A FIGURA 4 é uma vista em seção transversal tomada ao longo da linha 4-4 da

FIGURA 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Referindo-se agora às FIGURAS 1 a 4, um inserto de corte é geralmente mostrado em 10 de acordo com uma modalidade da invenção. Em geral, o inserto de corte 10 tem um corpo poligonal 12 com um eixo geométrico central A que se estende através do mesmo. O corpo 12 tem uma face superior 14, uma face de base substancialmente plana 16 e uma pluralidade de paredes laterais 18 perpendiculares às mesmas e que se une às faces 14 e

16. Para a modalidade específica mostrada nas figuras, um orifício receptor de pino central

17 é fornecido através do inserto 10 para a retenção do inserto no interior de um porta- 30 ferramenta (não mostrado). Em outra modalidade, o inserto de corte 10 não inclui um orifício no mesmo para segurar o inserto de corte em uma ferramenta. De preferência, o inserto de corte 10 é retido na ferramenta por um mecanismo de fixação, que retém de maneira segura o inserto de corte no interior da ferramenta. Os cantos de corte curvados 20 estão, respecti- vamente, nas interseções das paredes laterais 18, enquanto as bordas de corte 22 são res- 35 pectivamente formadas nas interseções de cada parede lateral 18 e de uma região T 34. No evento em que o inserto de corte 10 não tem uma região T, as bordas de corte 22 são for- madas na interseção de cada parede lateral 22 e de uma região rebaixada 38. O corpo 12 pode ser feito de um material adequado, como carbeto cementado e similares, e pode ser fabricado pelo uso de qualquer número de processos convencionais conhecidos na técnica, como moldagem e similares, tal que uma reentrância, mostrada ge- ralmente em 24, seja moldada no corpo de inserto 12. Em alternativa, a reentrância 24 pode 5 ser gerada após o corpo de inserto 12 ser fabricado por qualquer número de técnicas co- merciais para a remoção de material de um substrato de carbeto cementado. A reentrância

24 é formada em cada canto de corte curvado 20 e se estende entre duas paredes laterais adjacentes 18. Conforme ilustrado na FIGURA 1, a reentrância 24 tem um piso 24a, uma parede posterior 24b e paredes de extremidade 24c, 24d.

Um aspecto da invenção é que o inserto de corte 10 inclui uma ponta de corte dis-

tinta pré-formada, geralmente mostrada em 26. A ponta de corte 26 pode ser composta de uma camada de fundo 28 feita de um material adequado, como diamante policristalino (PCD) ou nitreto de boro cúbico policristalino (PCBN) e uma camada de topo 30 feita de um material adequado, como carbeto cementado (linha 39 é a linha de separação entre a ca- 15 mada de fundo 28 e a camada de topo 30). O PCD é um material comum usado para aplica- ções não ferrosas, enquanto que o PCBN é um material comum usado para aplicações de aço endurecido. É conhecido por aqueles versados na técnica que o PCD e PCBN têm uma dureza maior do que carbeto cementado. A camada de fundo 28 define uma superfície de fundo 28a da ponta de corte 26 disposta adjacente ao piso 24a da reentrância 24 e a cama- 20 da de topo 30 define uma superfície de topo 30a da ponta de corte 26 (e também uma por- ção da superfície de topo 14 do inserto de corte 10). A superfície de fundo 28a corresponde substancialmente em formato ao piso 24a da reentrância 24 tal que a ponta de corte 26 seja compatível com a reentrância 24.

A ponta de corte 26 pode ser fabricada através do uso de qualquer número de pro- 25 cessos convencionais conhecidos na técnica, como moldagem e similares. Em uma modali- dade, a camada de topo 30 feita de material de carbeto cementado é moldada e a camada de fundo 28 feita de material de PCD ou CBN é depositada sobre a camada de topo 30, co- mo através de deposição de vapor, e similares. A ponta 26 pode ser presa ao interior da reentrância 24 do inserto de corte 10 através da brasagem, e similar. A ponta de corte 26 30 forma uma porção do canto de corte curvado 20 quando presa ao interior da reentrância 24.

Em outro aspecto da invenção, o inserto de corte 10 inclui uma estrutura de contro- le de apara, mostrada geralmente em 32, formada na face superior 14 e se estende continu- amente ao longo das bordas de corte 22. Em um aspecto da invenção, a estrutura de con- trole de apara é formada pelo menos substancialmente em ou sobre a ponta de corte 26. Na 35 modalidade ilustrada, o inserto de corte 10 é simétrico a uma linha central ou à linha bisseto- ra X-X dos cantos de corte curvados 20 do inserto de corte 10. Em uma modalidade, a estru- tura de controle de apara 32 inclui uma pluralidade de facetas 32a, 32b, 32c e 32d que é formada em lados opostos de uma linha central X-X dos cantos de corte curvados 20 do inserto de corte 10. Mais especificamente, as facetas 32a e 32b são formadas em um lado da linha central X-X, enquanto as facetas 32c e 32d são formadas no lado oposto da linha central A-A. Alternativamente, a estrutura de controle de apara 32 pode ser formada como 5 uma superfície continuamente curvada, ao invés da superfície facetada da modalidade ilus- trada.

Embora a forma das facetas 32a, 32b, 32c e 32d possa ter uma variedade de for- mas conhecidas na técnica para promover a formação de aparas, a FIGURA 4 ilustra uma modalidade na qual as facetas 32a, 32b, 32c e 32d são formadas em um ângulo de faceta 10 36 com relação à superfície de topo 14 do corpo de inserto 12. Em particular, o ângulo de faceta 36 pode se situar em uma faixa de cerca de cinco (5) graus e cerca de quarenta e cinco (45) graus. Na modalidade ilustrada, as facetas 32a, 32b, 32c e 32d são formadas em uma região T 34 que se estende em um ângulo 35 entre a face superior 14 e a parede late- ral 18. Em uma modalidade, o ângulo 35 pode se situar em uma faixa entre cerca de cinco 15 (5) graus e cerca de quarenta e cinco (45) graus. Por exemplo, o ângulo 35 pode ser cerca de vinte e cinco (25) graus. As facetas 32a, 32b, 32c e 32d terminam na região rebaixada 38 formada através da exposição da camada de fundo 28 durante um processo de duas etapas explicado abaixo.

Conforme mostrado na FIGURA 3, uma linha, L1, se estende ao longo da interse- 20 ção entre as facetas 32a, 32d e a superfície de topo 14 do inserto de corte 10. De modo si- milar, uma linha, L2, se estende ao longo da interseção entre as facetas 32b, 32c e a super- fície de topo 14 do inserto de corte 10. Um ângulo, A1, é definido entre a linha central X-X e a linha, L1, e um ângulo, A2, é definido entre a linha central X-X e a linha, L2. Conforme ob- servado na FIGURA 4, o ângulo, A2, é maior que o ângulo, A1. Contudo, ambos os ângulos, 25 A1 e A2, são menores que noventa graus. Por exemplo, o ângulo, A1, pode ser cerca de cinco (5) graus, e o ângulo, A2, pode ser cerca de vinte e dois (22) graus.

Em outro aspecto da invenção, as facetas 32a, 32b, 32c, 32d podem estar abaixo da face superior 14 e se inclinar de forma descendente na direção de uma região rebaixada 38 na qual a camada de fundo 28 feita de material de PCD ou CBN é exposta para formar a 30 borda de corte 22. Será apreciado que facetas adicionais, isto é, mais que as duas facetas ilustradas em cada lado da linha central X-X do canto de corte curvado 20 podem ser forne- cidas de acordo com aspectos da invenção. Adicionalmente, enquanto uma única ponta de corte 26 foi discutida com relação a um único canto de corte curvado 20, deve ser apreciado que outras pontas de corte 26 podem estar associadas a outros cantos de corte curvados 35 20, respectivamente, conforme mostrado na FIGURA 1.

Em adição, um inserto de corte com formato em C 10 é mostrado nas FIGURAS 1 a

4. Contudo, será apreciado que a invenção não se limita a um formato particular do inserto de corte. Por exemplo, os princípios da invenção podem ser praticados com um inserto de corte com formato em D, um inserto de corte com formato em V, e similares. Adicionalmen- te, o inserto de corte 10 da invenção não deve ser limitado a um inserto de corte que tem quatro paredes laterais. Por exemplo, o inserto de corte da invenção pode ter um formato 5 triangular com três paredes laterais, um formato pentagonal com cinco paredes laterais, um formato hexagonal com seis paredes laterais, um octógono com oito paredes laterais, e simi- lares.

As FIGURAS 1 a 4 ilustram as facetas 32a, 32b, 32c e 32d que são formadas em um ângulo 36 com relação à superfície de topo 14 do inserto de corte 10. Na modalidade 10 ilustrada, as facetas 32a e 32d são formadas no mesmo ângulo 36, enquanto as facetas 32b e 32c são formadas em um ângulo diferente 36 das facetas 32a e 32d. Contudo, será apre- ciado que a invenção não se limita ao ângulo 36 das facetas 32a, 32b, 32c e 32d, e que a invenção pode ser praticada com as facetas 32a, 32b, 32c e 32d formadas no mesmo ângu- lo 36. Por exemplo, as facetas 32a, 32b, 32c e 32d podem ter um perfil de ondulação de tal 15 modo que o ângulo 36, definido na FIGURA 4, varie ao longo da reentrância 24. Nessa mo- dalidade, o ângulo 36 pode ter um valor que se situa na faixa entre cerca de 5 graus a cerca de 45 graus. Outros ângulos conhecidos por versados na técnica se situam dentro do esco- po da invenção.

O que tem sido descrito até agora são insertos de corte que têm dois lados que convergem para definir os cantos de corte curvados ou em raio 20. Contudo, é possível que os dois lados estejam paralelos e atuam como uma ponte entre esses dois lados, fazendo com que, deste modo, uma reentrância aceite a ponta de corte 26.

Será descrito agora um método de fabricação do inserto de corte 10 da invenção. Em primeiro lugar, é realizado um processo de moldagem para formar o corpo poligonal 12 25 feito de carbeto cementado com os recessos 24 em cada canto de corte curvado 20 do in- serto de corte 10 no molde. Cada reentrância 24 tem uma profundidade que pode ser, por exemplo, menor que metade da distância de uma linha reta que conecta as paredes de ex- tremidade 24c, 24d da reentrância 24. Alternativamente, o corpo poligonal 12 pode ser mol- dado, e, então, o material pode ser removido em uma etapa separada para formar a reen- 30 trância 24.

Depois, a ponta de corte distinta 26 é formada através da moldagem da camada de topo de carbeto cementado 30, e, então, do depósito do material de PCD ou CBN sobre a camada de topo 30. Então, a ponta de corte 26 é posicionada no interior da reentrância 24. Depois, a ponta de corte 26 é presa ao interior da reentrância 24 através de brasagem, e similar.

De acordo com um aspecto da invenção, as facetas 32a, 32b, 32c e 32d da estrutu- ra de controle de apara 32 são formadas no inserto de corte 10 por um processo de duas etapas. Na primeira etapa, as facetas 32a e 32d são formadas através da remoção de mate- rial da camada de topo 30 do material de carbeto cementado no ângulo, A1, com relação à linha central, X-X, para formar as facetas 32a e 32d no ângulo 36. O material pode ser re- movido por qualquer meio adequado, como trituração, laser e similar. Durante a formação 5 das facetas 32a e 32d, uma porção da camada de topo 30 é removida de tal forma que uma porção da camada de fundo 28 de material de PCD ou CBN seja exposta para formar uma primeira porção da borda de corte 22. Na segunda etapa, as facetas 32b e 32c são forma- das através da remoção de material da camada de topo 30 de material de carbeto cementa- do no ângulo, A2, com relação à linha central, X-X, para formar as facetas 32b e 32c no ân- 10 guio 36, que pode, ou não, ser diferente do ângulo 36 das facetas 32a e 32d. Durante a for- mação das facetas 32b e 32c, uma porção da camada de topo 30 é removida de tal forma que uma segunda porção da região rebaixada 38 seja exposta para formar uma segunda porção da borda de corte 22.

Ao longo dessa discussão, os insertos que têm uma variedade de formatos e confi- 15 gurações para reter tais insertos foram apresentados. Deveria ser apreciado que qualquer formato de inserto pode ser preso em um porta-ferramenta, com o uso de qualquer quanti- dade de diferentes configurações, seja isso uma rosca de fixação que se estende em um furo através do corpo de inserto e rosqueada no bolso de porta-ferramenta, ou uma braça- deira que fixa o inserto no interior do bolso de um porta-ferramenta. Portanto, o modo de 20 fixação de insertos e as modificações para um corpo de inserto necessárias para fixar tais insertos discutidos no presente documento não devem ser interpretados como uma limitação mediante o escopo da invenção.

As patentes e publicações referidas no presente documento estão incorporadas ao mesmo a título de referência.

As modalidades preferenciais da invenção descritas presentemente podem ser, de

outra forma, incorporadas no escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Inserto de corte, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um corpo que tem superfície superior, uma face de base, pelo menos duas paredes laterais que se unem à face superior e à face inferior, um canto de corte curvado na interse- ção das pelo menos duas paredes laterais, e uma borda de corte formada nas interseções de cada parede lateral e da face superior; uma reentrância formada no canto de corte curvado; e uma ponta de corte montada na reentrância, sendo que a ponta de corte inclui uma camada de topo feita de um primeiro material, e uma camada de fundo disposta adjacente a um piso da reentrância e feita de um segundo material que tem uma dureza maior do que o primeiro material.

2. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de fundo é feita de diamante policristalino ou nitreto de boro cúbico poli- cristalino, e em que a camada de topo é feita de carbeto cementado.

3. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a ponta de corte inclui uma estrutura de controle de apara.

4. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIiZADO pelo fato de que a estrutura de controle de apara inclui uma pluralidade de facetas.

5. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos duas facetas são formadas em cada lado de uma linha central que se estende através do canto de corte curvado.

6. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que as facetas são formadas em um ângulo relativo à superfície de topo do corpo.

7. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o ângulo está entre cerca de 5 graus e cerca de 45 graus.

8. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que as facetas são formadas em uma região T que se estende entre a face superior e as pelo menos duas paredes laterais.

9. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que as facetas são formadas no inserto de corte por um processo de duas etapas.

10. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma faceta é formada através da remoção de material do inserto de cor- te em um primeiro ângulo, A1, para expor uma porção da camada de fundo.

11. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fa- to de que pelo menos outra faceta é formada através da remoção de material do inserto de corte em um segundo ângulo, A2, para expor adicionalmente uma porção da camada de fundo.

12. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que as facetas terminam em uma região rebaixada.

13. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a reentrância tem um piso, uma parede posterior e paredes de extremidade.

14. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fa- to de que a camada de fundo da ponta de corte define uma superfície de fundo, e a camada de topo da ponta de corte define uma superfície de topo, e em que a superfície de fundo da ponta de corte corresponde substancialmente em formato ao piso da reentrância tal que a ponta de corte seja compatível com a reentrância.

15. Inserto de corte, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o corpo é feito de material de carbeto cementado.

16. Método de fabricação de um inserto de corte, CARACTERIZADO pelo fato de que tem uma ponta de corte com uma estrutura de controle de apara definida por uma plura- lidade de facetas, sendo que a ponta de corte inclui uma camada de topo feita de um primei- ro material, e uma camada de fundo feita de um segundo material que tem uma dureza mai- or do que o primeiro material, sendo que o método compreende: remover material da camada de topo em um primeiro ângulo, A1, para expor a ca- mada de fundo; e remover material da camada de topo em um segundo ângulo, A2, para expor adi- cionalmente a camada de fundo.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de formar um corpo do inserto de corte através da mol- dagem do corpo e incluir uma reentrância no interior de um molde.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de brasagem da ponta de corte no interior da reentrân- cia do inserto de corte.

19. Método, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de formar um corpo do inserto de corte através da mol- dagem do corpo e, então, remover material do corpo para formar uma reentrância.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de brasagem da ponta de corte no interior da reentrân- cia do inserto de corte.