BRPI0618671A2

BRPI0618671A2 - ferramenta de corte e corpo de ferramenta

Info

Publication number: BRPI0618671A2
Application number: BRPI0618671-8A
Authority: BR
Inventors: Thomas J Ii Long; Jeffrey F Kovac; De Souza Ruy Frota Jr
Original assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2011-09-06
Also published as: CA2627495A1; EP1948408A4; EP1948408B1; CN101304852B; RU2412025C2; US7204662B1; KR20080069186A; RU2008124178A; JP5081159B2; WO2007058831A1; EP1948408A1; MX2008006220A; JP2009515721A; CN101304852A

Abstract

<UM>FERRAMENTA DE CORTE E CORPO DE FERRAMENTA<MV> Ferramenta de corte (10) incluindo um corpo de ferramenta (14) tendo uma pluralidade de cavidades receptoras de insertos (20) e pelo menos um inserto de corte (12) montado em cada cavidade. Cada cavidade (20) apresenta uma parede de base de cavidade (22), uma parede lateral (26) e uma ranhura de alívio de tensão (24) . O corpo da ferramenta (14) inclui ainda uma superfície de topo (34) incluindo uma primeira porção (28) e uma segunda porção (29), um redutor de tensão (36) que se estende da ranhura de alívio de tensão (24) e intersecciona a primeira e segunda porções (28, 29) . O redutor de tensão (36) pode ser na forma de um pico pontiagudo ou reentrância, um pico radiado, massa arredondada ou protuberância, e similares. O redutor de tensão (36) reduz uma quantidade máxima de tensão em uma área da ranhura de alivio de tensão (24) durante uma operação de usinagem.

Description

"FERRAMENTA DE CORTE E CORPO DE FERRAMENTA" ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Em uma ferramenta de corte, por exemplo, uma ferramenta de corte de fresa de topo, tem sido observado que existe uma área de concentração de tensão na junção da cavidade de inserto na redução de tensão quando esta é interseccionada por um raio.

Ferramentas de corte, tais como fresas, são ferramentas rotativas em formato cilíndrico, cônico ou de disco, tendo uma pluralidade de bordas de corte. Tais fresas são encontradas em muitas formas, como cilíndrica simples, fresas laterais, fresas de topo e de facear, fresas perfiladas e fresas padrão e fresas de perfil especial. Fresas de topo que empregam insertos de corte montados na extremidade frontal da ferramenta são conhecidas da técnica. As fresas de topo podem ser usadas em diversos tipos de operação, dependendo da configuração dos insertos de corte ali inseridos. Os insertos de corte podem apresentar uma borda de corte periférico para fresagem lateral, uma borda de corte frontal para fresagem de topo e uma borda de corte curvo para fresa de topo do tipo denominado de "ponta esférica" para diversas operações de cópia. Fresas de quatro caneladuras são provavelmente as mais comuns, no entanto fresas com 2, 3 ou 6 caneladuras também são largamente usadas. As fresas de topo são muito usadas porque são capazes de executar uma grande variedade de operações de fresagem, e o custo inicial da fresa é moderado. Outros formatos além do cilíndrico também são comumente usados. 0 corpo pode ser paralelo ou afunilado e não precisa necessariamente ser igual ao diâmetro da lamina da fresa.

Usualmente quando uma fresa de topo está em uso, a força de usinagem é exercida contra uma borda de corte. O momento resultante encontra resistência do operador da ferramenta que segura o corpo da fresa. Sem levar em consideração o fato de que a direção do momento é alterada continuamente à medida que a fresa gira, o cortador pode ser considerado como sofrendo tensão de cantiléver.

Conforme mostrado na Figura 6, uma ferramenta cortante 100, tal como uma fresa de topo, compreende um corpo de ferramenta 114 incluindo uma superfície de topo 134, uma cavidade receptora de inserto 122 com furo rosqueado 138, uma parede lateral 12 6 e uma ranhura de alívio de tensão 124 na região intermediária. As medidas comprovaram que uma tensão equivalente máxima de aproximadamente 1.063 χ e5 psi está localizada em uma área da ranhura de alívio de tensão 124 adjacente ao topo da superfície 134.

Enquanto a questão da tensão acima citada está relacionada à questão de evitar a quebra da ferramenta, não menos importante é o requisito de minimizar o deslocamento da ferramenta, de maneira a melhorar a exatidão e acabamento de superfícies e ainda reduzir vibração e ruído. A presença de um diâmetro de núcleo constante acarreta um deslocamento maior que o necessário, já que o momento de alta curvatura próximo ao usuário e ainda, próximo às extremidades das canaletas dos dentes resulta em curvatura da fresa como resultado de forças de usinagem. O deslocamento resultante da fresa na borda de corte seria reduzido se o aço da ferramenta que compreende o núcleo do cortador fosse distribuído de forma melhor, isto é, se mais metal fosse alocado para as seções sujeitas a maior tensão, às custas de uma extremidade dentada ligeiramente menos tensa do cortador.

Existe, portanto, uma necessidade de uma ferramenta de corte aperfeiçoada que possa superar as limitações das ferramentas de corte conhecidas, e reduzir ou eliminar a tensão geral da ferramenta de corte.

BREVE RESUMO DA INVENÇÃO

Para resolver estes e outros problemas relativos às ferramentas de corte convencionais, os inventores da presente invenção desenvolveram uma ferramenta de corte que compreende um corpo de ferramenta incluindo uma pluralidade de cavidades receptoras de inserto e pelo menos um inserto de corte montado em cada cavidade, sendo que cada cavidade compreende uma parede de base de cavidade, uma parede lateral e uma ranhura de alivio de tensão na região intermediária, e uma superfície de topo incluindo uma primeira porção e uma segunda porção, onde a superfície de topo inclui ainda um redutor de tensão em uma interseção entre a primeira e a segunda porção, na qual o redutor de tensão reduz uma quantidade máxima de tensão em uma área da ranhura de alívio de tensão durante uma operação de usinagem.

Em outro aspecto da invenção, um corpo de ferramenta compreende uma pluralidade de cavidades receptoras de inserto, cada cavidade compreendendo uma parede de cavidade de inserto, uma parede lateral e uma ranhura de alívio de tensão na região intermediária, e uma superfície de topo incluindo uma primeira porção e uma segunda porção, na qual a superfície de topo inclui ainda um redutor de tensão em uma interseção entre a primeira e a segunda porção, onde o redutor de tensão reduz uma quantidade máxima de tensão em uma área da ranhura de alívio de tensão durante uma operação de usinagem. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Aspectos adicionais da presente invenção bem como as vantagens daí derivadas se tornarão claros a partir da descrição detalhada a seguir, feita com relação aos desenhos, nos quais:

A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma fresa com redutor de tensão de acordo com uma modalidade da invenção. A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um tipo distinto de fresa com redutor de tensão de acordo com outra modalidade da invenção.

A Figura 3 é uma vista parcial em perspectiva do corpo de insertos foram removidos para maior clareza, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 4 mostra a distribuição de tensão para um corpo de corte com redutor de tensão de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 5 mostra a distribuição de tensão para um corpo de corte distinto com redutor de tensão de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 6 mostra a distribuição de tensão para uma fresa convencional sem redutor de tensão. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Com relação aos desenhos, onde referências numéricas iguais representam elementos iguais, é mostrada na Figura 1 uma fresa 10 com jogo associado de insertos de corte 12 mostrados encaixados na ferramenta 10. A ferramenta de corte 10 compreende um corpo de ferramenta 14 que é geralmente radialmente simétrico em torno de seu eixo de rotação 16. O corpo de ferramenta 14 é preferivelmente cilíndrico e localiza-se ao lado da haste de ferramenta 15. O corpo de ferramenta 14 e a haste 15 possuem o mesmo eixo de rotação 16. O corpo de ferramenta 14 preferivelmente, mas não necessariamente, inclui uma pluralidade de canaletas 18, cada uma incluindo uma pluralidade de cavidades receptoras de inserto 20. As cavidades receptoras de inserto 20 são dispostas em arranjo simétrico rotativo com relação ao eixo 16. Pelo menos um, mas possivelmente mais de um, dos insertos de corte 12 é configurado e dimensionado para ser recebido dentro e fixado a cada cavidade 20.

Na modalidade ilustrada na Figura 1, três insertos de corte 12 são recebidos dentro e fixados a uma cavidade correspondente 20. No entanto, será apreciado que a invenção não está limitada pelo número de insertos 12 e cavidades 20, e que a invenção pode ser praticada com qualquer número desejado de insertos 12 e cavidades 20. Por exemplo, o corpo 14 da invenção pode ser apresentado com dois insertos 12 e duas cavidades 20, conforme mostrado na Figura 2. Em outro exemplo, o corpo 14 da fresa 10 pode incluir quatro ou mais insertos 12 e cavidades 20. Cada cavidade receptora de inserto 20 tem uma parede de base de cavidade 22 que pode ser inclinada para frente ou para trás em um ângulo agudo com relação ao eixo 16. A parede de base de cavidade 22 constitui uma superfície de ladeamento tangencial da cavidade receptora de inserto 20. A cavidade 20 inclui ainda uma parede lateral 26 que constitui uma superfície de ladeamento radial para uma parede lateral do inserto 12 quando montada no inserto 20, conforme mostrado nas Figuras 1 e 2. Uma ranhura de alívio de tensão 24 é provida entre a parede de base de cavidade 22 e a parede lateral 26. Na modalidade ilustrada a ranhura de alívio de tensão 24 possui um raio de aproximadamente 0.047 polegadas (aproximadamente 1.19mm). No entanto, o raio da ranhura de alívio de tensão 24 varia conforme, entre outros fatores, o desenho do inserto de corte 12.

Um furo rosqueado 38 se estende através do centro da parede de base de cavidade 22 e lhe é substancialmente perpendicular. Na posição montada da ferramenta de corte 10, cada um dos insertos de corte 12 é fixado dentro de uma cavidade receptora de inserto 20 por um parafuso de retenção 40 que atravessa um furo 42 do inserto de corte 12 e de forma rosqueada engata o furo rosqueado 38 na cavidade receptora de inserto 20, conforme mostrado nas Figuras 1 e 2.

Uma superfície de topo 34 do corpo de ferramenta 14 inclui uma primeira porção 28 e uma segunda porção substancialmente plana 29. 0 corpo de ferramenta 14 pode ainda incluir uma superfície chanfrada 30 que intersecciona a primeira porção 28 da superfície de topo 34 e uma face periférica 32 que intersecciona a parede de base de cavidade 22 e a superfície chanfrada 30.

Com relação à Figura 3, um aspecto da invenção é que um redutor de tensão 36 é provido na superfície de topo 34 do corpo de ferramenta 14 que intersecciona a primeira porção 28 e a segunda porção 29. O redutor de tensão 36 pode ter a forma de um pico em angulo ou sulco, pico em raio, massa arredondada ou protuberância, ou similar. 0 redutor de tensão 36 pode ter uma altura com respeito à primeira e segunda porções 28 e 29 da superfície de topo 34 variando entre aproximadamente 0.001 polegadas (0.0254mm) até uma altura máxima aproximadamente igual ao raio da ranhura de alívio de tensão 24, dependendo do desenho específico da ferramenta de corte 10. Conforme mencionado anteriormente, o raio da ranhura de alívio de tensão 24 na modalidade ilustrada é aproximadamente 0.047 polegadas (aproximadamente 1.19mm) mas pode variar dependendo do desenho do inserto 12. A altura máxima da ranhura de alívio de tensão 24 pode ainda ser limitada à altura da borda de corte do inserto 12.

Na modalidade ilustrada mostrada na Figura 3, o redutor de tensão 36 se estende ao longo de uma linha em curva ou arco da ranhura de alívio de tensão 24 até uma face traseira 40 da cavidade receptora de inserto 20. No entanto, não é necessário que o redutor de tensão 36 alcance toda à distância da ranhura de alívio de tensão 24 até a face traseira 40 da cavidade 20, sendo possível estender apenas uma porção da distância da ranhura de alívio de tensão 24 em direção à face traseira 40 da cavidade 20. Por exemplo, caso a distância integral entre a ranhura de alivio de tensão 24 seja aproximadamente 1.0 polegadas (25.4mm) então o redutor de tensão 36 pode se estender apenas a uma distância de aproximadamente 0.10 polegadas (2.54mm) da ranhura de alivio de tensão 24 na direção da face traseira 40 da cavidade 20. Além disso, o redutor de tensão 36 não precisa necessariamente se estender ao longo de uma linha substancialmente curva da ranhura de alivio de tensão 24, sendo que a invenção pode ser realizada pelo redutor de tensão 36 se estendendo ao longo de qualquer linha de traçado desejada a partir da ranhura de alivio de tensão 24, tal como uma linha substancialmente linear e similares. Com relação à Figura 4, medidas de tensão equivalente (Von- Mises) foram realizadas na ferramenta de corte 10, tal como uma fresa de topo, em que o corpo da ferramenta 14 inclui o redutor de tensão 36 na forma de uma reentrância pontiaguda que intersecciona a primeira e segunda porções 28 e 29 da superfície de topo 34 do corpo da ferramenta 14. O redutor de tensão 36 é preferivelmente localizado diretamente acima de ponto de localização da tensão máxima na ferramenta de corte convencional 100 da Figura 6. Conforme mostrado na Figura 4, o redutor de tensão 36 reduziu a tensão equivalente máxima (Von-Mises) de aproximadamente 106.3 ksi na ferramenta de corte convencional 100 para aproximadamente 85.8 ksi, ou aproximadamente 19%. Além disso, o redutor de tensão 36 possibilita a distribuição da área de tensão máxima sobre uma área maior, em comparação com a ferramenta de corte convencional 100 da Figura 6. Referindo agora à Figura 5, medidas de tensão equivalente (Von-Mises) foram tomadas na ferramenta de corte 10, tal como uma fresa de topo, em que o corpo da ferramenta 14 inclui o redutor de tensão 36 na forma de uma ponta radiada ou protuberância que intersecciona a primeira e segunda porções 28 e 29 da superfície de topo 34 do corpo da ferramenta 14. Pode ser observado que o posicionamento do redutor de tensão 36 na Figura 5 não foi localizado em uma posição ótima diretamente acima da tensão máxima. Mesmo assim, o redutor de tensão 36 produziu resultados inesperados ao reduzir a quantidade máxima de tensão equivalente em aproximadamente 18%. Caso o redutor de tensão 36 esteja localizado em um ponto diretamente acima da tensão máxima, a redução da quantidade máxima de tensão equivalente seria ainda maior que 18%. Conforme demonstrado pelas medidas acima, o redutor de tensão 36 produz o resultado inesperado de reduzir a quantidade máxima de tensão equivalente ao criar uma tração de tensão mínima (tensão compressiva) em um ponto de tração de tensão máxima (tração de tensão). Como resultado, o redutor de tensão 36 neutraliza a tração de tensão naquele ponto e reduz a tensão geral da ferramenta de corte 10. A localização da tração de tensão máxima demonstrou estar situada ao longo da ranhura de alívio de tensão 24 adjacente a superfície de topo 34. Ao posicionar o redutor de tensão 36 em um ponto de tensão máxima, a tensão máxima equivalente (Von-Mises) foi reduzida pelo menos aproximadamente em 18% em comparação com a tensão máxima equivalente da ferramenta de corte convencional 100, conforme mostrado na Figura 6.

Os documentos, pedidos de patente e patentes concedidas aqui referidos são incorporados ao presente por referência. Embora a invenção tenha sido descrita especificamente em relação a certas modalidades especificas, deve ser compreendido que esta é uma forma de ilustrar e não limitar, e o escopo das reivindicações anexas deve ser entendido da forma mais ampla permitida pelo estado da técnica.

Claims

1. Ferramenta de corte compreendendo um corpo de ferramenta caracterizada pelo fato de incluir uma pluralidade de cavidades receptoras de insertos e ao menos um inserto de corte montada em cada cavidade, cada cavidade compreendendo uma parede de base de cavidade, uma parede lateral e uma ranhura de alivio de tensão na região intermediaira, e uma superfície de topo incluindo uma primeira porção e uma segunda porção, na qual a superfície de topo inclui ainda um redutor de tensão que se projeta da ranhura de alívio de tensão e intersecciona a primeira e segunda porções, onde o redutor de tensão reduz uma quantidade máxima de tensão em uma área de ranhura de alívio de tensão durante uma operação de usinagem.

2. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do redutor de tensão apresentar uma altura em uma faixa de aproximadamente 0.001 polegadas até uma altura máxima aproximadamente igual ao raio da ranhura de alívio de tensão.

3. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do redutor de tensão apresentar uma altura em uma faixa de aproximadamente 0.001 polegadas até uma altura máxima aproximadamente igual à borda de corte do inserto de corte.

4. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do redutor de tensão se estender da ranhura de alívio de tensão até uma face posterior de uma cavidade adjacente do corpo da ferramenta.

5. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do redutor de tensão se estender de parte da distância entre a ranhura de alivio de tensão até uma face posterior de uma cavidade adjacente do corpo da ferramenta.

6. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do redutor de tensão se estender ao longo de uma linha substancialmente curva a partir da ranhura de alivio de tensão.

7. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do redutor de tensão compreender uma reentrância pontiaguda.

8. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do redutor de tensão compreender uma protuberância.

9. Corpo de ferramenta caracterizado pelo fato de compreender uma pluralidade de cavidades receptoras de inserto, cada cavidade compreendendo uma parede de base de cavidade, uma parede lateral e uma ranhura de alivio de tensão na região intermediária, e uma superfície de topo que inclui uma primeira porção e uma segunda porção, sendo que a superfície de topo inclui ainda um redutor de tensão que se estende da ranhura de alívio de tensão e intersecciona a primeira e segunda porção, onde o redutor de tensão reduz uma quantidade máxima de tensão em uma área da ranhura de alívio de tensão durante uma operação de usinagem.

10. Corpo de ferramenta, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato do redutor de tensão apresentar uma altura em uma faixa entre aproximadamente 0.001 até aproximadamente um raio da mesma dimensão que o raio do redutor de tensão em polegadas com relação à primeira e segunda porções da superfície de topo, sendo que a altura máxima não pode ultrapassar a borda de corte do inserto.

11. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato do redutor de tensão se estender da ranhura de alívio de tensão até uma face posterior de uma cavidade adjacente do corpo da ferramenta.

12. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato do redutor de tensão se estender até parte de uma distância entre a ranhura de alívio de tensão até uma face posterior de uma cavidade adjacente do corpo da ferramenta.

13. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato do redutor de tensão se estender ao longo de uma linha substancialmente curva da ranhura de alívio de tensão.

14. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato do redutor de tensão compreender uma reentrância elevada.

15. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato do redutor de tensão compreender uma protuberância.