BRPI0909074A2

BRPI0909074A2 - ferramenta de entalhe com borda de cinzel

Info

Publication number: BRPI0909074A2
Application number: BRPI0909074-6A
Authority: BR
Inventors: Karthik Sampath; Juergen Schwaegerl
Original assignee: Kennametal Inc.
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2021-02-02
Also published as: EP2265402A4; CA2717339A1; EP2265402A2; WO2009114353A2; JP2011513083A; MX2010011087A; JP5432929B2; EP2265402B1; WO2009114353A3; CA2717339C; KR101334374B1; RU2462334C2; US20090226271A1; HUE040599T2; CN101970160B; CN101970160A; PL2265402T3; KR20100130622A; RU2010141545A; US8061938B2

Abstract

  FERRAMENTA DE ENTALHE COM BORDA DE CINZEL Uma furadeira helicoidal tem margens duplas e um ângulo de borda de cinzel dentre 80 graus e 100 graus para maximizar a retidão de orifício e para minimizar o 'percurso' da furadeira sobre uma peça de trabalho. A furadeira pode ser modular e ter um corpo de ponta removível ou a furadeira pode apresentar uma configuração sólida. Um corpo de ponta é consumível e pode ser removido e substituído conforme exigido

Description

"FERRAMENTA DE ENTALHE COM BORDA DE CINZEL" ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO A invenção se refere a uma ferramenta de entalhe, como uma furadeira helicoidal, que tem uma borda de cinzel com uma orientação única. Descrição da técnica relacionada É importante na perfuração de materiais frágeis, como ferro fundido cinzento, para perfurar um orifício circular em um local desejado e em uma direção reta com "retidão de orifício". Durante o processo de perfuração, não é possível somente que a furadeira "percorra" a superfície de uma peça de trabalho distanciando-se do local alvo, porém, ademais, mesmo quando a furadeira é posicionada no local alvo adequado, forças de entalhe assimétricas sobre a furadeira podem fazer com que a furadeira oscile, produzindo, desse modo, um orifício não- circular, um orifício que não é reto ou ambos. A patente americana no 3.977.807 emitida em 31 de agosto de 1976 é direcionada a uma furadeira helicoidal de margem dupla que tem uma borda de cinzel que forma um ângulo de borda de cinzel com o canto da margem primária. Enquanto a Figura 2 dessa patente ilustra essa característica, é difícil discernir o ângulo de borda de cinzel, pois a Figura 2 é uma vista em perspectiva. Todavia, o diâmetro externo da margem primária reduz conforme a margem se aproxima da borda de cinzel e, como resultado, um pouco da estabilidade da furadeira é sacrificada. A patente americana n2 7.267.514 emitida em 11 de setembro de 2007 é direcionada a uma broca fixa com uma ponta piloto, em que a furadeira tem somente uma única margem. Essa patente apresenta, na Figura 4, uma disposição, através da qual a borda de cinzel é essencialmente paralela à margem da furadeira.

À medida que isso reduz o "percurso" da furadeira, o mesmo problema existe em relação ao formato de orifício e à retidão de orifício devido ao fato de que a furadeira tende a oscilar ao perfurar.

Um projeto de furadeira é necessário, sendo que o mesmo produz orifícios mais retos e melhor localizados, e estabiliza a furadeira no interior do orifício durante o processo de produção do orifício. 10 SUMÁRIO DA INVENÇÃO A ponta de uma ferramenta de entalhe geralmente cilíndrica é usada para fazer um orifício no interior de uma peça de trabalho, em que a ponta tem um eixo geométrico central e uma extremidade cortante.

A ferramenta é projetada para girar em uma direção de entalhe.

A ponta compreende um corpo que tem dois sulcos diametralmente opostos com raias* entres os mesmos, em que as raias têm um par de bordas definidas como uma borda principal e uma borda posterior definida pela rotação da ferramenta.

Uma margem primária e uma margem secundária são distanciadas entre si em cada uma das raias.

A margem primária é adjacente à borda principal e as margens têm o diâmetro da margem ao longo de todo o comprimento do corpo que é constante.

Um rebordo cortante se estende para dentro a partir da borda principal de cada raia para uma extremidade mais interna.

Uma borda de cinzel é definida por uma linha que conecta a extremidade mais interna de cada rebordo cortante, em que, quando visto ao longo do eixo geométrico central, a borda de cinzel forma um ângulo de borda de cinzel com uma linha que se estende radialmente para dentro a partir da borda principal da raia para o ponto médio da borda de cinzel. 0 ângulo de borda de cinzel está entre 80 graus a 100 graus. 0 assunto da invenção também é direcionado a uma ferramenta de entalhe giratória que tem uma ponta, conforme descrito acima.

Breve Descrição dos Desenhos A Figura 1 é uma vista lateral de uma furadeira helicoidal modular que tem uma ferramenta de entalhe fixa à haste da furadeira; A Figura lA é um detalhe em entalhe ampliado da área circundada identificada como A na Figura 1; A Figura 2 é uma vista de topo da furadeira helicoidal na Figura 1; A Figura 3 é uma vista lateral ao longo das setas "3-3" na Figura 2; e A Figura 4 é uma vista lateral da porção de topo da furadeira helicoidal modular ao longo das setas "4-4" na 15 Figura 2. Descrição Detalhada da Invenção A Figura 1 ilustra uma ferramenta de entalhe giratória 10 que, como um exemplo, é uma furadeira helicoidal.

A ferramenta de entalhe 10 tem uma ponta 15 na extremidade cortante 20. A ponta 15 tem um eixo geométrico central 17 que se estende através da mesma.

Conforme ilustrado na Figura 2, a ponta 15 tem um corpo de ponta 25 com dois sulcos diametralmente opostos 30A, 30B.

No meio de cada sulco 30A, 30B ao redor da periferia da ferramenta de entalhe 10 se encontram raias 35A, 35B.

Cada raia 35A, 35B é constituída por uma raia de corpo de ponta 37A, 37B e uma raia de pua 39A, 39B.

A modalidade ilustrada nas Figuras 1 a 4 mostra uma ferramenta de entalhe 10 e uma haste 12, em que o corpo de ponta 25 é removível da haste 12. Conforme ilustrado na Figura 3, o corpo de ponta 25 é fixado entre duas puas de extensão 14 A, 14B.

A ferramenta de entalhe discutida aqui é simétrica quando vista a partir de da extremidade cortante 20 e, como resultado, somente uma metade da ferramenta de entalhe 10 será discutida com a compreensão de que o lado simétrico, o qual tem sido, até então, mencionado com o uso do sufixo "B", é simétrico. Portanto, a mesma discussão direcionada para o lado "A" será adotada para o lado "B". A raia do corpo de ponta 37A tem um par de bordas definidas como uma borda principal 40A e uma borda posterior 42A. A ferramenta de entalhe giratória 10 e o corpo de ponta associado 25 são destinados a operar em uma direção rotacional única indicada pela seta "45". Como resultado, a primeira porção da raia do corpo de ponta 37A para estabelecer contato com uma peça de trabalho é definida como a borda principal 40A, enquanto a borda restante é a borda posterior 42A. A raia do corpo de ponta 37A é constituído por uma margem primária 47A e uma margem secundária 49A distanciadas entre si na raia do corpo de ponta 37A. A margem primária 47A é adjacente à borda principal 40A e cada uma das margens 47A, 49A forma, com a margem primária oposta 47B e com a margem secundária 49B, um diâmetro da margem MD que é idêntico ao diâmetro externo

4. Enquanto a margem secundária 49A, ilustrada na Figura 2, estabelece contato com a borda posterior 42A, é completamente possível e facilmente previsto que uma margem secundária 49A seja distanciada da borda posterior 42A em uma direção próxima à margem primária 47 A, O diâmetro da margem 50 se estende ao longo de todo o comprimento do corpo de ponta 25 e é substancialmente constante. Em particular, é padrão em projetos de furadeira helicoidal dotar a extremidade cortante da furadeira de um diâmetro externo um pouco maior do que a região posterior à extremidade cortante. Como um exemplo, uma furadeira helicoidal pode ter um diâmetro externo da extremidade cortante que é aproximadamente 0,05 milímetros maior do que o diâmetro externo da furadeira distante da extremidade cortante, fornecendo, desse modo, 5 uma folga atrás da extremidade cortante.

Em relação a isso, o diâmetro da margem 50 se estende ao longo de todo o comprimento do corpo de ponta 25 e é substancialmente constante.

Deve-se observar que, em relação à Figura 2, o diâmetro da margem MD é o maior diâmetro não somente do corpo de ponta 25, mas também da haste 12 e os segmentos restantes da periferia do corpo de ponta 25 e as puas 14 têm um diâmetro que é inferior ao diâmetro da margem MD.

Um rebordo cortante 55 A se estende para dentro a partir da borda principal 40A da raia do corpo de ponta 37A para uma extremidade mais interna 57A.

Uma borda de cinzel 60 é definida por uma linha 63 que conecta as extremidades mais internas 57A, 57B de cada rebordo cortante 55A, 55B. 20 Deve-se observar que a borda de cinzel 60 é definida tanto pelo rebordo cortante 55A quanto pelo rebordo cortante 55B, e, por esse motivo, não será identificada como duas partes associadas à simetria do corpo de ponta 25. 25 Quando vista ao longo do eixo geométrico central 17, a borda de cinzel 60 forma um ângulo de borda de cinzel A com uma linha 65B que se estende radialmente para dentro a partir da borda principal 40B da raia 35B para o ponto médio 67 da borda de cinzel 63. 0 ângulo de borda de cinzel A está entre 80 graus a 100 graus e, de preferência, é aproximadamente 90 graus.

Conforme ilustrado na Figura 2, a borda de cinzel 60 tem um formato de "S" com uma porção central geralmente reta 69 em extremidades curvadas 70A, 70B. Por exemplo, a porção central reta 69 da borda de cinzel 60 tem um comprimento de 0,25 milímetros para uma furadeira que tem um diâmetro externo dentre 12 milímetro e 13 milímetros. 5 Conforme ilustrado na Figura 2, a borda de cinzel 60 passa para o interior dos rebordos cortantes 55A5 55B com extremidades cortantes 70A, 70B. Essas extremidades curvadas 70A, 70B têm um raio de 0,4 milímetros a 1,5 milímetros para o diâmetro externo de 12 milímetros a 32 10 milímetros. Um entalhe 75A (Figura 3) se estende para cima a partir do sulco 30A para a borda de cinzel 60 e, em uma modalidade, define um ângulo de inclinação positivo R na borda de cinzel 60 dentre 2 graus e 10 graus. 15 Entre a margem primária 47A e a margem secundária 49A há uma cavidade 78A definida por um diâmetro de folga CD entre cavidades opostas 78A, 78B, o qual é inferior ao diâmetro da margem MD. A região entre a raia 35A e a borda de cinzel 60 20 é, em geral, referida como o flanco 80A. Tipicamente, o flanco 80A encontra a raia 35A para formar uma borda. Entretanto, para uma resistência e durabilidade aperfeiçoadas e para minimizar explosão/rompimento na saída para materiais frágeis, como ferro fundido, um chanfro 82A 25 pode ser introduzido entre a raia 35A e o flanco 80A. 0 chanfro 82 A pode formar um ângulo de chanfro CA (Figura 4) dentre 70 graus e 90 graus com o eixo geométrico central

17. Conforme ilustrado na Figura 1, a ferramenta de 30 entalhe é a furadeira helicoidal modular que tem uma haste 12 que acomoda a ponta 15. No entanto, também é possível e pode ser previsto que o corpo de ponta 25 seja uma parte integral da haste 12, fornecendo uma furadeira sólida.

Deve-se compreender, ainda, que, até então, foi discutida uma furadeira helicoidal que tem sulcos helicoidais.

O assunto da invenção também pode ser aplicado a uma furadeira helicoidal que tem sulcos retos. 5 Conforme ilustrado na Figura 3, a ponta 15 pode ser fixada no interior das puas 14A, 14B da haste 12 com o uso de diferentes técnicas.

Na modalidade ilustrada aqui, o corpo de ponta oposto à extremidade cortante 20, conforme ilustrado na Figura lA, é um furo roscado 85 ao longo do 10 eixo geométrico central 17 para engate com um parafuso conjugado 105 que tem uma cabeça 107 que se apóia contra um ombro interno 109 no interior da haste 12. Deve-se observar que outras disposições são conhecidas pelos versados na técnica de máquinas-ferramentas para fixar a ponta 15 à 15 haste 12, incluindo, mas sem limitação, puas 14, as quais travam de modo resiliente a ponta 15 à haste 12. A configuração da haste 12 no interior da região da ponta 15 é tal que, quando a ponta 15 é montada no interior da haste 12, o perfil da haste 12 se conforma ao 20 perfil da ponta 15, de tal modo que, conforme ilustrado na Figura 1, a combinação pareça ser uma peça unitária que tem superfícies contínuas.

Deve-se observar que a ferramenta de entalhe 10 pode ter passagens refrigerantes 110 que percorrem o 25 comprimento da haste 12 e são fornecidas com refrigerante na base 13 da haste.

Adicionalmente, conforme mostrado, a haste 12 tem uma espiga 11 fixa a um fuso (não mostrado) usado para conferir rotação à ferramenta de entalhe 10. A haste 12 pode ser fixada ao fuso em qualquer uma de 30 diversas maneiras diferentes conhecidas pelos versados na técnica de produção de furadeiras. 0 corpo de ponta 15 pode ser feito a partir de um carboneto duro sinterizado, como tungstênio, carboneto de titânio ou TiC-TiN.

Em geral, o corpo de ponta 15 pode ser produzido a partir de um material resistente a desgaste sólido, como algum dentre diversos materiais de carboneto sinterizado revestido refratário, os quais são bem 5 conhecidos na técnica.

Devido ao custo associado às ferramentas calçadas com carboneto, embora seja possível, é improvável que o corpo de ponta 25 e a haste 12 sejam compostos por materiais de carboneto e é mais provável que o corpo de ponta 25 seja composto por um material de carboneto, enquanto a haste 12 é composta por aço de máquina-ferramenta.

Um projeto de ferramenta de entalhe, de acordo com o assunto da invenção, fornece resultados superiores em relação às ferramentas de entalhes.

Em relação à retidão de orifício, testes foram conduzidos com o uso de uma furadeira helicoidal modular que tem um diâmetro de 12,5 milímetros, um ângulo de ponto de 140 graus, e um ângulo de hélice de 30 graus para perfurar orifícios cegos que têm uma profundidade de 125 milímetros.

A peça de trabalho era ferro fundido cinzento de classe 40 e a furadeira avançava a uma velocidade de 198 milímetros por minuto e 0,35 milímetros por revolução.

Adicionalmente, o refrigerante foi introduzido na peça de trabalho através de passagens internas na haste da furadeira. 25 Mediante essas circunstâncias. os resultados a seguir foram alcançados.

Caso 1. Uma furadeira de margem única que tem um ângulo de cinzel de 60 graus alcançou uma retidão de orifício de 0,15 milímetros. 30 Caso 2. Uma furadeira de margem única que tem um ângulo de borda de cinzel de 90 graus alcançou uma retidão de orifício de 0,13 milímetros.

Caso 3. Uma furadeira de margem única que tem um ângulo de borda de cinzel de 60 graus alcançou uma retidão de orifício de 0,11 milímetros.

Caso 4. Uma furadeira de margem dupla que tem um 5 ângulo de borda de cinzel de 90 graus, consiste com a presente invenção, alcançou uma retidão de orifício de 0,04 milímetros.

Esses resultados inesperados mostram a superioridade do projeto, de acordo com a presente invenção. 10 0 ângulo de cinzel também é útil ao minimizar o "percurso" da furadeira ao longo da peça de trabalho.

Em particular, para uma furadeira que tem um ângulo de cinzel de 60 graus, o erro de local relativo ao local alvo era de 0,0042 milímetros, enquanto o erro de local que utiliza uma 15 furadeira que tem um ângulo de borda de cinzel de 90 graus apresenta um erro de local de 0,003 milímetros.

Conforme observado, a furadeira, de acordo com a presente invenção, forneceu não somente resultados inesperados, mas, também resultados superiores a outros 20 projetos.

Como resultado do projeto da furadeira apresentado aqui, durante o processo de perfuração, as forças produzidas pela borda de cinzel encontram forças de reação nas margens a partir da parede de orifício ao longo 25 da mesma direção/linha.

Isso minimiza qualquer desequilíbrio nas forças ou momentos na furadeira, reduzindo, dessa maneira, a tendência que a furadeira tem para percorrer e garantindo a retidão de orifício e um posicionamento de orifício preciso.

Essa característica da 30 furadeira é muito benéfica em um material heterogêneo, como ferro fundido cinzento, conhecido por sua dificuldade em manter a retidão de orifício. 0 ângulo de borda de cinzel, conforme apresentado aqui, fornece uma retidão de orifício muito superior em conjunto com margens duplas, em que as margens secundárias atuam para contrabalançar quaisquer forças fora de linha.

Conforme ilustrado nos casos descritos acima, há um aperfeiçoamento de 50% na retidão de 5 orifício utilizando uma furadeira de margem dupla quando o ângulo de cinzel é alterado de 60 graus para 90 graus.

Adicionalmente, o erro de local de orifício é reduzido a cerca de 25% com a utilização de uma furadeira que tem um ângulo de borda de cinzel de 90 graus em oposição à utilização de uma furadeira que tem um ângulo de borda de cinzel de 60 graus.

À medida que modalidades específicas da invenção foram descritas em detalhe, será observado pelos versados na técnica que diversas modificações e alternativas àqueles detalhes poderiam ser desenvolvidas à luz dos ensinamentos gerais da descrição.

As modalidades presentemente preferenciais descritas aqui são somente ilustrativas e não limitam o escopo da invenção, o qual abrange completamente as reivindicações em anexo e quaisquer e todos os equivalentes das mesmas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Ponta de uma ferramenta de entalhe geralmente cilíndrica usada para fazer um orifício no interior de uma peça de trabalho, em que a ponta tem um eixo geométrico central e uma extremidade cortante e é projetada para girar em uma direção de entalhe, sendo que a ponta compreende: a) um corpo que tem dois sulcos diametralmente opostos com raias entres os mesmos, em que as raias tem um par de bordas definidas como uma borda principal e uma borda posterior definida pela rotação da ferramenta. b) uma margem primária e uma margem secundária distanciadas entre si em cada uma das raias, em que a margem primária é adjacente à borda principal e as margens têm o diâmetro da margem ao longo de todo o comprimento do corpo que é substancialmente constante; c) um rebordo cortante que se estende para dentro a partir da borda principal de cada raia para uma extremidade mais interna; d) uma borda de cinzel definida por uma linha que conecta as extremidades mais internas de cada rebordo cortante; e) em que, quando vista ao longo do eixo geométrico central, a borda de cinzel forma um ângulo de borda de cinzel com uma linha que se estende radialmente para dentro a partir da borda principal da raia para o ponto médio da borda de cinzel; e f) em que o ângulo de borda de cinzel está entre 80 graus e 100 graus.

2. Ponta, de acordo com a reivindicação 1, em que o ângulo de borda de cinzel é de 90 graus.

3. Ponta, de acordo com a reivindicação 1, em que a borda de cinzel está em formato de "S" com uma porção central geralmente reta e extremidades curvadas.

4. Ponta, de acordo com a reivindicação 3, em que a porção central reta da borda de cinzel tem um comprimento de 0,25 milímetros para uma furadeira que tem um diâmetro externo dentre 12 milímetro e 13 milímetros. 5

5. Ponta, de acordo com a reivindicação 1, em que a borda de cinzel passa para o interior dos rebordos cortantes e a área de transição tem um raio de 0,4 milímetros a 1,5 milímetros para um diâmetro externo de 12 milímetros a 32 milímetros. 10

6. Ponta, de acordo com a reivindicação 1, em que um entalhe se estende para cima a partir do sulco para a borda de cinzel, sendo que o entalhe define um ângulo de inclinação positivo na borda de cinzel.

7. Ponta, de acordo com a reivindicação 1, em que 15 uma cavidade entre as margens é definida por um diâmetro de folga que é inferior ao diâmetro da margem MD.

8. Ponta, de acordo com a reivindicação 1, em que a margem primária é adjacente à borda principal na raia e a margem secundária é adjacente à borda posterior na raia, 20

9. Ponta, de acordo com a reivindicação 1, em que a margem primária é adjacente à borda principal na raia e a margem secundária é distanciada da borda posterior em uma direção mais próxima à margem primária,

10. Ponta, de acordo com a reivindicação 1, em 25 que um flanco se estende entre a raia e a borda de cinzel e sendo que há um chanfro entre a raia e o flanco.

11. Ponta, de acordo com a reivindicação 10, em que o chanfro forma um ângulo dentre 70 graus e 90 graus com o eixo geométrico central. 30

12. Ponta, de acordo com a reivindicação 1, em que os sulcos são helicoidais.

13. Ponta, de acordo com a reivindicação 1, que inclui uma furadeira helicoidal que tem uma haste com uma extremidade que acomoda a ponta.

14. Ponta, de acordo com a reivindicação 1, em que o corpo tem um furo roscado ao longo do eixo geométrico central para engate com um parafuso conjugado a partir de uma ferramenta haste.

15. Ferramenta de entalhe giratória que tem uma ponta em uma extremidade cortante, sendo que a ponta compreende: a) um corpo que tem dois sulcos diametralmente opostos com raias entres os mesmos, em que as raias têm um par de bordas definidas corno uma borda principal e uma borda posterior definida pela rotação da ferramenta. 15 b) uma margem primária e uma margem secundária distanciadas entre si em cada uma das raias, em que a margem primária é adjacente à borda principal e as margens têm o diâmetro da margem ao longo de todo o comprimento do corpo que é substancialmente constante; 20 c) um rebordo cortante que se estende para dentro a partir da borda principal de cada raia para uma extremidade mais interna; d) uma borda de cinzel definida por uma linha que conecta as extremidades mais internas de cada rebordo cortante; e) em que, quando vista ao longo do eixo geométrico central, a borda de cinzel forma um ângulo de borda de cinzel com uma linha que se estende radialmente para dentro a partir da borda principal da raia para o ponto médio da borda de cinzel; e f) em que o ângulo de borda de cinzel está entre 80 graus e 100 graus.

16. Ferramenta de entalhe, de acordo com a reivindicação 15, em que a ferramenta tem uma haste e o corpo de ponta é removível a partir da haste.

17. Ferramenta de entalhe, de acordo com a reivindicação 14, em que o corpo de ponta tem um furo roscado ao longo do eixo geométrico central para engate com um parafuso conjugado a partir de uma haste da ferramenta.

18. Ferramenta de entalhe, de acordo com a reivindicação 1, em que o corpo de ponta é uma parte integral da haste da ferramenta.