BRPI0412870B1 - Drill - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "BROCA”.

Descrição A presente invenção refere-se a uma ferramenta de furar, em particular, para materiais metálicos, com, pelo menos, duas arestas de corte e, respectivamente, uma ranhura de aparas, pelo menos, parcialmente, torcida, partindo das arestas de corte na direção da haste da ferramenta. Uma broca deste tipo é conhecida, por exemplo, da patente EP 0.750.960 B1.

Ferramentas levantadoras de aparas, em particular, brocas, são frequentemente operadas com o emprego de lubrificantes de resfriamento, que são conduzidos à aresta de corte ou às arestas de corte da ferramenta através de canais de resfriamento na ferramenta. No caso da ferramenta conhecida da patente EP 0.750.960 B1, um canal de resfriamento central que parte da extremidade da haste se divide em vários canais parciais, aos quais, na extremidade no lado do gume da broca se ligam canais ramificados em forma de ranhura, dobrados em ângulo reto. Com isto, a condução de meio de resfriamento é formada com muito dispêndio.

Da patente US 3.436.990 pode ser depreendida uma broca com um canal de resfriamento central, que se divide em canais parciais na direção da ponta da broca dianteira, que são orientados inclinadamente para fora, para o eixo longitudinal da broca. A patente DE 101 57 450 A1 se ocupa com o problema da alimentação do meio de resfriamento para a extremidade do lado traseiro da haste da broca, e prevê uma inserção através da qual o meio de resfriamento é alimentado sem desvios de grandes ângulos na haste da broca. À invenção cabe a tarefa de indicar uma broca com uma alimentação de meio de resfriamento projetada de modo construtivo particularmente simples e eficiente.

De acordo com a invenção, essa tarefa é solucionada através de uma broca com as características da reivindicação 1. Esta broca apresenta, pelo menos, duas arestas de corte, bem como, duas ranhuras de aparas torcidas, pelo menos, parcíaimente, que se estendem da extremidade no lado do gume da broca para a direção da extremidade da haste. A cada gu- me está coordenado um canal de resfriamento, que se estende de uma abertura de entrada na extremidade da haste até uma abertura de saída na ranhura de aparas, de tal modo que, o meio de resfriamento ou o lubrificante de resfriamento é conduzido na direção longitudinal da ferramenta, diretamente para a aresta de corte. Em todo o seu comprimento, o canal de resfriamento passa completamente ou aproximadamente em linha reta e é, pelo menos, em essência, paralelamente afastado do eixo da ferramenta. A execução completamente reta dos, pelo menos, dois canais de resfriamento correspondente ao número de arestas de corte favorece, por um lado, uma produção racional da broca. Por outro lado, os canais de resfriamento continuamente retos também têm vantagens técnicas quanto ao fluxo, em particular, no caso de uma lubrificação de quantidade mínima que opera com uma mistura de óleo e de ar. Neste caso, além do fluxo com baixa resistência, a dispensa de desvios do lubrificante de resfriamento dentro da broca é particularmente relevante. Uma segregação da mistura de óleo e de ar, como a que pode surgir, em particular, em desvios de cantos vivos é evitada. Com isto, a ferramenta pode ser usada com quantidades de óleo particularmente pequenas, mesmo em altas velocidades de processamento.

Outras vantagens da ferramenta resultam do fato de que, o lubrificante de resfriamento é conduzido da abertura de saída do canal de resfriamento, deslocada para trás a partir da ponta de ferramenta, para a aresta de corte.

Qualquer enfraquecimento da ferramenta na região da ponta de ferramenta, em particular, solicitada mecanicamente, está excluído através das aberturas de saída dos canais do meio de resfriamento deslocadas para trás na direção da haste da ferramenta. De modo vantajoso, o intervalo axial entre o centro da abertura de safda do canal de resfriamento, e um canto de corte que limita a aresta de corte na circunferência da ferramenta é de, pelo menos, 75% e, no máximo, o dobro do diâmetro da ferramenta. A descarga do meio de resfriamento, pelo menos, em essência, na direção longitudinal da ferramenta, em comparação, por exemplo, a uma saída de meio de resfriamento no lado externo da ferramenta, tem a vanta- gem que o resfriamento e/ou a lubrificação já é efetivo na colocação da broca na peça bruta a ser processada. No caso de uma abertura de saída disposta na circunferência da ferramenta, através da qual o lubrificante de resfriamento é desviado radialmente para fora com um componente de movimento, pelo contrário a eficiência desejada do lubrificante de resfriamento não é alcançada antes da penetração da broca na peça bruta, incluindo a abertura de salda.

Na operação de levantamento de aparas, de preferência, o lubrificante de resfriamento, conduzido através dos canais de resfriamento, não atinge diretamente sobre a aresta de corte, mas nas aparas formadas nela, ou entre as aparas e a superfície das aparas. Considerando-se a seção transversal da ferramenta, o ângulo de torção entre a abertura de saída do canal de resfriamento e a aresta de corte é de, de preferência, no mínimo -20° e no máximo +45°, em particular, no mínimo -5o e no máximo +15°. Neste caso, o ângulo de torção é definido como positivo se, durante a rotação da ferramenta, a abertura de saída do canal de resfriamento se adiantar à aresta de corte. Na aresta de corte resfriada, não diretamente através do lubrificante de resfriamento que flui das aberturas de saída dos canais de resfriamento, podem se formar altas temperaturas na operação com levantamento de aparas. Isto é particularmente favorável para o processamento de materiais duros, umá vez que, com isto, suas propriedades mecânicas tipicamente bastante dependentes da temperatura podem ser aproveitadas de modo visado. Átravés do jato de meio de resfriamento que incide diretamente sobre a apara, esta é brusçamente resfriada e apresenta, em função do material a ser processado, propriedades com tendências ligeiramente quebradiças. Com isto, de modo desejado, é obtida tanto uma transferência de uma grande parte do calor de levantamento de aparas para a apara, bem como, uma pequena retirada de aparas. Em contrapartida, a cota de calor de levantamento de aparas transferida para a broca é mantida relativamente pequena, de tal modo que, durante o processamento a broca se dilata, no máximo de modo insignificante. Deste modo, durante a furação é alcançada uma precisão de acabamento particularmente alta.

Devido à passagem excêntrica dos canais de resfriamento é evitado um enfraquecimento da ferramenta na região de seu eixo geométrico. A estabilidade mecânica de toda a ferramenta é influenciada, em essência, pela geometria das ranhuras de aparas. De preferência, o ângulo de torção total da ranhura de aparas, isto é, o ângulo entre o lado do gume e a extremidade da ranhura de aparas no lado da haste, é de, no mínimo 90° e de, no máximo 160°, em particular, no mínimo 120° e, no máximo, 160°. Neste caso, na extremidade das ranhuras de aparas no lado da haste é dada uma geometria da seção transversal da broca que é particularmente boa para a recepção das forças que surgem durante o levantamento de aparas. As indicações dé ângulos mencionadas se referem a uma ferramenta de furar de corte duplo. No caso de brocas de três ou mais gumes são vantajosos ângulos de torção total menores.

As ranhuras de aparas da broca apresentam, de preferência, na região da ponta da broca um ângulo de torção maior do que na região voltada para a haste. O ângulo de torção, que aumenta na direção da ponta de ferramenta, também designado como ângulo de apara lateral, proporciona uma remoção de aparas simples, enquanto que o ângulo de torção relativamente menor na região afastada da ponta de ferramenta, também no caso de formas de execução mais longas da broca, por exemplo, para profundidades de furo de mais que o triplo do diâmetro da broca, possibilita uma e-xecução completamente reta dos canais de resfriamento. De preferência, na região adjacente à haste a broca é ranhurada reta. A broca é fabricada em peça única, ou em várias partes, por e-xemplo, com inserções de gume com roscas ou soldadas. De acordo com uma forma de execução preferida, a broca apresenta um corpo de base e uma ponta de ferramenta que pode ser colocada nele. Neste caso, os canais de resfriamento passam, de preferência, exclusivamente através do corpo de base. Com isto, a estabilidade mecânica da ponta de ferramenta, particularmente solicitada, não é prejudicada pelos canais de resfriamento. Com isto, a broca é apropriada, em particular, também para faixas de diâmetros menores, de menos que 16 mm. De preferência, a ponta de ferramenta é mantida no corpo de base sem ligação por rosca e, com isto, sem um correspondente enfraquecimento da seção transversal do corpo de base, bem como, da ponta de ferramenta. A vantagem da invenção está particularmente no fato de que, em uma broca com ranhura de aparas parcialmente reta e parcialmente em espiral, um canal de resfriamento excêntrico passa completamente reto e está direcionado diretamente sobre a apara que surge durante o processamento. A seguir serão esclarecidos em detalhes vários exemplos de e-xecução da invenção com auxílio de um desenho. São mostrados nele: nà figura 1 uma vista lateral de uma broca, na figura 2a broca da figura 1 na vista em perspectiva, nas figuras 3a - d vários exemplos de execução de brocas em vista em perspectiva, na figura 4 uma ponta de ferramenta, bem como, em forma de recorte, um corpo de base de uma broca de várias partes, na figura 5 uma vista de cima de uma ponta de ferramenta de uma broca, na figura 6 em vista em perspectiva, em forma de recorte, o corpo de base de acordo com a figura 4, na figura 7 uma vista de cima sobre o corpo de base representado em forma de recorte, de acordo com a figura 6, na figura 8 várias seções transversais da broca, de modo es- quemático, na figura 9 uma vista posterior do corpo de base de acordo com a figura 4, na figura 10 uma vista detalhada em perspectiva de um corpo de base com ponta de ferramenta colocada, na figura 11 em uma representação análoga à figura 10, esque-maticamente a alimentação do meio de resfriamento para a ponta de ferramenta, e na figura 12 uma vista completa da ferramenta de acordo com a figura 11.

Partes que correspondem entre si estão providas dos mesmos números de referência em todas as figuras.

As figuras 1 e 2 mostram um primeiro exemplo de execução de uma broca 1, também designada como ferramenta, que é composta de um corpo de base 2 e de uma ponta de ferramenta 3. O corpo de base 2 é, de preferência, de aço, a ponta de ferramenta 3 é fabricada, de preferência, de metal duro. Divergindo do exemplo de execução representado, a broca 1 também pode ser fabricada em peça única, por exemplo, de metal duro. Do mesmo modo a broca 1 pode apresentar várias inserções de corte intercam-biáveis, por exemplo, chapas de corte em espiral. Como materiais para a broca 1, ou partes da mesma, podem ser empregados todos os materiais comuns na técnica de levantamento de aparas, também cerâmica. Para inserções de corte ou revestimentos é apropriado, por exemplo, PKD (diamante policristalino) ou CBN (nitrito de boro cúbico). A broca 1 apresenta uma haste 4 e, ligada a ela, uma parte de corte 5, que compreende a ponta de ferramenta 3. A haste 4, cuja extremidade da haste está provida do número de referência 6, é executada como haste cilíndrica no exemplo de execução. Também podem ser realizadas formas de haste divergentes disso. A ponta de ferramenta 3 apresenta duas arestas de corte 7,8, das quais se estende, respectivamente, uma ranhura de aparas 9, 10 na direção da extremidade da haste 6. Os cantos de corte formados na passagem entre as arestas de corte 7,8 e a circunferência da ferramenta da broca 1 possuem os números de referência 11, 12. Para a condução do meio de resfriamento para as arestas de corte 7, 8 estão previstos canais de resfriamento 13,14, cujas aberturas de saída 15, 16 estão dispostas nas ranhuras de aparas 9,10. Na figura 1 é visível somente a abertura de saída 15. O intervalo axial a, em relação ao eixo da ferramenta A, entre o centro da abertura de saída 15 e os cantos de corte 11,12 é de aproximadamente 10% até 25% maior do que o diâmetro da ferramenta D da broca 1.

As figuras de 3a a 3d mostram quatro outros exemplos de exe- cução de uma broca 1, que se distinguem, respectivamente, através do comprimento da parte de corte 5. Em cada exemplo de execução o corpo de base 2 apresenta uma área em espiral dianteira das ranhuras de aparas 9, 10, na qual essas ranhuras passam para a ponta de ferramenta 3. O ângulo de torção γ (fig. 1) na área da ponta de ferramenta 3 é mais que 15°. Com isso, são asseguradas forças de levantamento de aparas baixas, uma boa moldagem de aparas e uma fácil remoção de aparas. Na área torcida ou em espiral das ranhuras de aparas 9, 10, na direção da haste 4, se liga uma área ranhurada reta, sendo que nos exemplos de execução representados, a seção em espiral, que dentro de um comprimento menor que o dobro do diâmetro da ferramenta D apresenta um ângulo de torção γ constante, passa continuamente na área ranhurada reta. Enquanto que em formas de execução relativamente curtas da ferramenta 1 (fig. 3a) a área ranhurada reta pode ser dispensada, em formas de execução mais longas esta área pode assumir a maior parte do comprimento da parte de corte 5. Nos exemplos de execução de acordo com as figuras de 3a a 3d a profundidade máxima da broca é de 3, 5, 7 ou 10 vezes o diâmetro da ferramenta D. Em todo caso, os canais de resfriamento 13, 14, dos quais nas representações, respectivamente, é visivel somente a abertura de saída 15 do canal de resfriamento 13, são executados passando paraielamente ao diâmetro da ferramenta A completamente retos.

Na figura 4 está representado um corpo de base 2 em forma de recorte, correspondendo aproximadamente aos exemplos de execução de acordo com as figuras de 3a a 3d, bem como, uma ponta de ferramenta 3, que pode ser colocada no corpo de base 2. Possíveis formas da ponta de ferramenta 3 estão descritas, por exemplo, no requerimento de patente ainda não divulgado DE 102 07 257.4-14, bem como, do correspondente requerimento internacional PCT/EP 03/01526. Através da possibilidade da fixação sem rosca da ponta de ferramenta 3 no corpo de base 2, a broca 1 é particularmente apropriada também para diâmetros de furos menores, por exemplo, a partir de 12 mm. Na ponta de ferramenta 3 não se encontram quaisquer canais de resfriamento. A figura 5 mostra uma vista de cima sobre a ponta de ferramenta 3 da broca 1, de acordo com as figuras 1 e 2. A ponta de ferramenta 3 executada em peça única como inserção de corte apresenta duas asas 17 correspondentes ao número das arestas de corte 7, 8, que se apóiam, respectivamente, em uma aba 18 do corpo de base 2. Com isso, a ponta de ferramenta 3 pode ser inserida no corpo de base 2 no tipo de um fecho de baioneta. A torção da ponta de ferramenta 3 em relação ao corpo de base 2 é possível por meio de uma ferramenta não representada, que agarra em duas ranhuras 19 da ponta de ferramenta 3.

Como é evidente da figura 5, cada aresta de corte 7, 8 corta a seção transversal de um canal de resfriamento 13,14.0 ângulo entre o canto de corte 11,12 e o centro do canal de resfriamento 13,14 está designado como ângulo de torção a, e é, de preferência, entre -5o e +15o. Os canais de resfriamento 13,14 passam perpendlcularmente em relação ao plano representado.

Na figura 6 estão visíveis os canais de resfriamento 13, 14 no corpo de base 2, em forma de recorte. Os canais de resfriamento 13,14 estão distanciados de tal modo do eixo da ferramenta A e, com isso, da área mais fraca da seção transversal do corpo de base 2, de tal modo que, mesmo no caso de canais de resfriamento 13,14 relativamente grandes, a estabilidade mecânica do corpo de base 2 não é substancialmente afetada. O diâmetro do canal de resfriamento d (fig. 7) é cerca de 10 até 15% do diâmetro da ferramenta D referente à ponta de ferramenta 3.

Na figura 8 está ilustrado èsquematicamente o traçado da ranhura de aparas 9 ao longo do eixo da ferramenta A. O contorno da ranhurâ de aparas 9 está representado na área reta, ranhurada, adjacente à haste 4, bem como, na representação tracejada, o contorno da ranhura de aparas 9 na área do canto de corte 11.0 ângulo total, em torno do qual a ranhura de aparas 9 está torcida, está indicado como ângulo de torção total β. A segunda ranhura de aparas 10 não está representada na figura 8. O ângulo de torção total β tem a dimensão de 90 até 160° de tal modo que, o perfil da seção transversal do corpo de base 2 que apresenta, em princípio, a forma de T duplo na área reta, ranhurada, voltada para a haste 4 recebe a força transmitida pelas arestas de corte 7, 8 para o corpo de base 2 com flexâo particularmente pequena da broca 1. A figura 9 mostra uma vista posterior do corpo de base 2 com os canais de resfriamento 13,14 cujas aberturas de entrada 20, 21 na extremidade da haste 6 estão dispostas em uma ranhura transversal 22. Simétrico \ ao eixo da ferramenta A encontra-se um cubo de centragem 23. Não está prevista uma condução do meio de resfriamento nessa área. A figura 10 mostra, no detalhe, um outro exemplo de execução de uma broca 1 composta de um corpo de base 2 e de úma ponta de ferramenta 3. As aberturas de saída 15,16, nesse caso, encontram-se na borda das ranhuras de aparas 9,10, isto é, próximas da área de passagem para a parte traseira 24 da broca 1. Na figura 11 está marcado esquematicamente o trajeto de um jato do meio de resfriamento 25. Como é evidente da representação, o jato do meio de resfriamento 25 incide próximo à aresta de corte 7, 8 na ponta de ferramenta 3. A parte do jato do meio de resfriamento 25 que penetra na ponta de ferramenta 3 está representada somente para o esclarecimento geométrico da direção do jato S do melo de resfriamento, que é, em essência, paralelo ao eixo da ferramenta A. De fato o jato do meio de resfriamento 25 incide sobre a apara produzida na aresta de corte 7, 8, de tal modo que essa apara é resfriada de forma intensa através da admissão direta do meio de resfriamento, pouco depois da produção da apara. Uma passagem de calor da apara para a broca 1, corrí isso, é além disso, impedida. Ao mesmo tempo, na aresta de corte 7, 8 pode ser alcançada uma alta temperatura vantajosa, em particular, no caso da operação de corte de materiais duros. Através do alinhamento do jato do meio de resfriamento 25 dentro da seção transversal da broca 1 ao longo do eixo da ferramenta A, o resfriamento e a lubrificação são efetivos já diretamente durante a colocação da broca 1 na peça bruta a ser processada.

Na figura 12, de modo análogo à figura 11, a broca 1 está representada com jato do meio de resfriamento 25 indicado esquematicamente. Por meio da passagem totalmente em linha reta do meio de lubrificação e resfriamento através da broca 1, é dada uma corrente muito resistente, sendo que não surgem quaisquer efeitos de segregação. A broca 1, com isso, é particularmente apropriada para a lubrificação de porções minimas.

Lista dos números de referência 1 broca 2 corpo de base 3 ponta de ferramenta 4 haste 5 parte de corte 6 extremidade da haste 7 aresta de corte 8 aresta de corte 9 ranhura de aparas 10 ranhura de aparas 11 canto de corte 12 canto de corte 13 canal de resfriamento 14 canal de resfriamento 15 abertura de saída 16 abertura de saída 17 asa 18 aba 19 ranhura 20 abertura de entrada 21 abertura de entrada 22 ranhura transversal 23 cubo de centragem 24 parte traseira 25 jato do meio de resfriamento A eixo da ferramenta D diâmetro da ferramenta a intervalo d diâmetro do canal de resfriamento S direção do jato α ângulo de torção β ângulo de torção total γ ângulo de torção REIVINDICAÇÕES

Claims (11)

1. Broca com, pelo menos, duas arestas de corte (7, 8) e, respectivamente, uma ranhura de aparas (9,10) em espiral, pelo menos, parcialmente, partindo destas indo na direção de uma extremidade da haste (6), caracterizada por canais de resfriamento (13, 14), que partem da extremidade da haste (6), passam continuamente paralelos ao eixo da ferramenta (A), cujas aberturas de saída (15,16) estão dispostas nas ranhuras de aparas (9, 10) e direcionadas para as arestas de corte (7,8).

2. Broca de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por um ângulo de torção total (b) da ranhura de aparas (9,10) de, no mínimo, 90°.

3. Broca de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por um ângulo de torção total (b) da ranhura de aparas (9, 10) de, no máximo, 160°.

4. Broca de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada pelo fato de que, a ranhura de aparas (9, 10) apresenta um ângulo de torção (g) que aumenta na direção da aresta de corte (7,8).

5. Broca de acordo com uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo fato de que, a ranhura de aparas (9,10) apresenta uma região que não é em espiral.

6. Broca de acordo com uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada por um ângulo de torção (a) entre a abertura de saída (15, 16) do canal de resfriamento (13,14) e a aresta de corte (7, 8) de, no mínimo, -20°.

7. Broca de acordo com uma das reivindicações de 1a 6, caracterizada por um ângulo de torção (a) entre a abertura de saída (15, 16) do canal de resfriamento (13,14) e a aresta de corte (7, 8) de, no máximo 45°.

8. Broca de acordo com uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizada por um intervalo (a) axial entre a abertura de saída (15,16) do canal de resfriamento (13, 14) e um canto de corte (11, 12), que limita a aresta de corte (7, 8) na circunferência da ferramenta, de, pelo menos, 75% do diâmetro da ferramenta (D).

9. Broca de acordo com uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizada por um intervalo (a) axial entre a abertura de saída (15,16) do canal de resfriamento (13,14) e um canto de corte (11,12), que limita a aresta de corte (7, 8) na circunferência da ferramenta, de, pelo menos, o dobro do diâmetro da ferramenta (D).

10. Broca de acordo com uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizada por uma ponta de ferramenta (3) que pode ser colocada em um corpo dè base (2).

11. Broca de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que, a abertura de saída (15, 16) do canal de resfriamento (13, 14) está disposta no corpo de base (2).