ES1063082U - Fresa. - Google Patents

Abstract

1. Fresa de espiga multidiente, giratoria, de las que presentan un extremo cortante con dientes de corte helicoidales y una espiga, en la que el área total de la sección transversal del núcleo de la fresa aumenta gradualmente desde el extremo cortante hacia la espiga de la fresa y en la que la anchura de diente aumenta gradualmente desde el extremo cortante hacia la espiga de la fresa.

Description

Fresa.

La presente invención se refiere a una fresa.

Más particularmente, la invención proporciona nuevas formas para núcleos de fresa de espiga, para producir una herramienta de rigidez mejorada que presente aplicaciones más versátiles.

Las fresas son herramientas giratorias de forma cilíndrica, cónica o en forma de disco que tienen una pluralidad de bordes cortantes. Tales fresas están disponibles en muchas formas, tales como fresas cilíndricas de disco de un corte, fresas de refrentar y de espiga, fresas de forma y fresas perfiladas de forma estándar y especial. Para pasadas de producción cortas, se utilizan fresas de acero de alta velocidad; para pasadas largas, se utilizan a menudo cuchillas de carburo insertadas.

La fresa de espiga es una fresa simple, a menudo de forma cilíndrica, en la que un extremo de la superficie circunferencial tiene dientes cortantes en espiral y el otro extremo es liso para servir de espiga, excepto si la fresa tiene dos extremos, en cuyo caso la máquina sujeta la parte central. También se proporcionan dientes en la cara extrema del cilindro. Las fresas con cuatro acanaladuras son probablemente las más comunes, pero las de 2, 3 ó 6 acanaladuras también se usan ampliamente. Las fresas de espiga se utilizan mucho porque pueden ejecutar una amplia variedad de operaciones de fresado y el precio inicial de la fresa es moderado. Las formas distintas a la cilíndrica también son de uso común. La espiga puede ser paralela o cónica y no tiene porqué ser necesariamente igual al diámetro de diente de la fresa.

Se han realizado muchas investigaciones para determinar el mayor volumen posible de metal eliminado antes del fallo de la herramienta, en relación con una velocidad de corte seleccionada. Sin embargo, hay muchos factores implicados, tales como la categoría de maquinabilidad de las piezas de trabajo, que en sí misma es una función tanto del tipo de material como del tratamiento térmico, la forma de diente, el tamaño de la fresa, el número de dientes y el material de la fresa, la potencia de la máquina herramienta disponible en la fresa y la rigidez de la máquina herramienta, la rigidez de la fresa, el tipo de refrigerante y el caudal, el acabado superficial requerido, la velocidad de alimentación seleccionada y la profundidad y la anchura de corte, que los resultados publicados para una aplicación son difíciles de relacionar con otras aplicaciones incluso cuando el tipo básico de trabajo, por ejemplo, el fresado frontal, es el mismo.

En las patentes estadounidenses n° 5.779.399, concedida a Kuberski, y n° 5.810.517, concedida a Bostic, se encuentran ejemplos recientes de intentos de mejora en fresas, particularmente fresas de espiga. Estos documentos hacen referencia a muchos diseños anteriores.

El documento US-A-1,702,812 muestra una fresa de espiga con cuchillas de corte rectas y un núcleo que aumenta de diámetro desde el extremo de corte hacia la espiga.

Los documentos DE-A-41 17 486, CH-A-675 842 y EP-A-0 893 185 muestra una broca que presenta un núcleo que aumenta de diámetro desde la punta de la broca hacia el eje.

El documento US-A-4,893,968 muestra una fresa de espiga que presenta cuchillas de corte helicoidales y un núcleo que aumenta de diámetro desde el extremo cortante hacia el eje.

En el diseño de una fresa de espiga, el diámetro total debe repartirse entre la profundidad de diente a ambos lados del núcleo y el diámetro de núcleo restante. Un diámetro grande de núcleo proporcionará la ventaja de una herramienta rígida. Sin embargo, una profundidad de diente prolongada fomentará una buena eliminación de virutas y mejorará el acceso de lubricante hacia el borde cortante. Evidentemente, debe encontrarse un equilibrio apropiado entre estos dos requisitos opuestos, sobre la base preferiblemente de un uso previsto de la herramienta. Los presentes inventores ofrecen los siguientes ratios como los mejores para las tareas de fresado correspon-
dientes:

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Operación	Diámetro de núcleo respecto	Observaciones
	al diámetro exterior
Ranurado	50-65% dependiendo del material	2 ó 3 dientes de la fresa
	de la pieza de trabajo
Fresado lateral de desbaste	55-70%	4 dientes
Fresado lateral de acabado	65-75%	4-6 dientes, cortes cortos
Fresado lateral de acabado profundo	75-58%	5-8 dientes
Cortes largos, máxima rigidez	75-85%

La tabla anterior muestra que cuando se cambia el tipo de operación de fresado que se está realizando, por ejemplo cuando una pieza de trabajo ha de ser ranurada después de que sus lados se hayan maquinado para acabarse, la fresa debería cambiarse también. Esta situación no solamente hace que se pierda tiempo en el taller, sino que también tiene que disponerse de una gran provisión de diferentes fresas de espiga si se han de obtener resultados óptimos de maquinado.

Normalmente, cuando una fresa de espiga está en funcionamiento, la fuerza de maquinado se ejerce en contra de un borde de la fresa. El portaherramientas, que sujeta rígidamente la espiga de la fresa, resiste el momento resultante. Ignorando el hecho de que la dirección del momento cambia continuamente cuando la fresa gira, puede considerarse que la fresa está sometida a esfuerzo como una viga en voladizo. Por razones de simplicidad, la carga puede considerarse como una carga puntual. El esfuerzo de flexión en la viga en voladizo es:

W/Z (I – X)

donde

W = carga

Z = módulo de sección

I = distancia entre el extremo de la mordaza del portaherramientas y la carga, y

X = distancia entre el extremo de la mordaza del portaherramientas y el punto en el que se va a medir el esfuerzo.

Evidentemente, el momento de flexión aumenta exponencialmente cuando aumenta X. Un núcleo de diámetro constante, frecuente en las fresas de espiga de la técnica anterior, no es por tanto la mejor manera de repartir el limitado espacio disponible en el diseño de una fresa de espiga.

Deben añadirse dos comentarios a las observaciones anteriores:

1. El esfuerzo actual sobre cualquier viga también incluye un esfuerzo cortante, pero como el esfuerzo cortante es constante por encima de la sección de viga considerada, se ignora en el presente documento.

2. La sección de la fresa y por tanto Z, no es constante, estando reducida por las acanaladuras de diente y siendo total a lo largo de la espiga. Las acanaladuras de diente terminan en una pendiente o curva para impedir la concentración de esfuerzos.

Aunque la cuestión del esfuerzo expuesta anteriormente está relacionada con evitar la rotura de la herramienta, no es menos importante el requisito de minimizar la deformación de la herramienta, a fin de mejorar la precisión y el acabado superficial y de reducir la vibración y el ruido. Un núcleo de diámetro constante da como resultado una mayor deformación de la herramienta de lo necesario, porque el gran momento de flexión cerca del portaherramientas, y también cerca de los extremos de las acanaladuras de diente más próximas a la espiga de la fresa, da como resultado la flexión de la fresa como resultado de las fuerzas de maquinado. La deformación resultante de la fresa en el borde cortante se reduciría si el acero de la herramienta que comprende el núcleo de la fresa se distribuyera de mejor manera, es decir, si se asignase más metal a las secciones bajo mayor esfuerzo, a expensas del extremo diente de la fresa menos sometido a esfuerzo.

Por tanto, uno de los objetos de la presente invención es evitar las desventajas de las fresas de espiga de la técnica anterior y proporcionar una fresa que ofrezca una rigidez mejorada al tiempo que permita además una profundidad de diente adecuada para la eliminación de virutas.

La presente invención consigue el objeto anterior proporcionando una fresa de espiga multidiente, giratoria, en la que el área total de la sección transversal del núcleo de la fresa aumente gradualmente desde el extremo cortante hacia la espiga de la fresa y en la que la anchura de diente aumente gradualmente desde el extremo cortante hacia la espiga de la fresa.

En una realización preferida de la presente invención se proporciona una fresa de espiga en la que, en una sección transversal central a lo largo de la longitud de dicha fresa, el núcleo de la fresa aumenta gradualmente en diámetro desde el extremo cortante hacia la espiga de la fresa.

En una realización más preferida de la presente invención se proporciona una fresa en la que la anchura de diente aumenta gradualmente desde el extremo cortante hacia la espiga de la fresa.

De aquí en adelante se describirán más realizaciones adicionales de la invención.

En la patente estadounidense N° 5.452.971, Nevill describe y reivindica una herramienta giratoria de corte frontal de gran complejidad, siendo una de sus muchas características especiales "una zona de núcleo residual, cónica". Sin embargo, la herramienta es una broca, tal como demuestran la descripción y los diagramas. Particularmente, la zona de núcleo es mucho más pequeña que la encontrada en fresas de espiga, y el extremo de la herramienta está conformado para penetrar la pieza de trabajo por presión axial para producir o agrandar un orificio.

En contraposición a esto, la presente invención se refiere a fresas de espiga que tiene un núcleo sustancial y tienen dientes laterales destinados a producir superficies planas o curvas.

Se comprenderá por tanto que la novedosa fresa de espiga de la presente invención sirve para proporcionar una rigidez suficiente como para permitir un funcionamiento en ranurado, desbaste y acabado superficiales sin necesidad de cambiar la fresa. Por consiguiente, la fresa produce superficies de mejor calidad, es más resistente a la rotura y menos propensa a la vibración y a la generación de ruido. Al mismo tiempo, se proporciona una profundidad de diente adecuada donde más se necesita, es decir, cerca del extremo cortante de la fresa, para permitir el acceso de refrigerante a la zona de corte y para eliminar las virutas generadas.

La invención se describirá ahora adicionalmente con referencia a los dibujos adjuntos, que representan a título de ejemplo realizaciones preferidas de la invención. Los detalles estructurales se muestran solamente mientras sea necesario para una comprensión fundamental de los mismos. Los ejemplos descritos, junto con los dibujos, harán evidente para los expertos en la técnica cómo pueden obtenerse formas adicionales de la invención.

En los dibujos:

La figura 1 es una vista en alzado parcialmente seccionada de una realización preferida de la fresa de espiga según la invención;

las figuras 2 y 3 son también vistas en alzado parcialmente seccionadas de realizaciones adicionales;

la figura 4 es una vista en alzado de una realización que tiene una anchura de diente creciente,

la figura 5 es una vista en sección transversal de la figura 4, tomada por BB;

la figura 6 es la misma que la figura 4, excepto para mostrar un núcleo parabólico cóncavo; y

la figura 7 es una vista en sección transversal de la figura 6 tomada por CC.

En la figura 1 se observa una fresa 10 de espiga multidiente, giratoria.

Considerando tanto el núcleo 12 como los dientes 14 de la fresa, el área total de la sección transversal del material de la fresa, tomada en ángulo recto respecto al eje AA de la fresa, aumenta gradualmente desde el extremo 16 cortante hacia la espiga 18 de la fresa.

En la realización presente, el área creciente de la sección transversal se debe a un aumento en el diámetro de núcleo. El diámetro de núcleo es el centro sólido de la fresa que define las raíces de las acanaladuras de diente.

En la presente realización, el núcleo 12 de la fresa, tal como se observa en el diagrama en una sección tomada a lo largo del eje AA de la fresa, es cónico recto. Naturalmente, tal forma es la más sencilla de fabricar y sirve para proporcionar una alta resistencia y rigidez más cerca de la espiga 18 y una profundidad de diente adecuada cerca del extremo 16 cortante. La fresa puede utilizarse por tanto en diferentes tipos de operaciones de maquinado.

Con referencia al resto de las figuras, se han utilizado números de referencia similares para identificar partes similares.

Con referencia ahora a la figura 2, se observa una fresa 20 de espiga similar a la fresa 10 mostrada en la figura 1. En la presente realización, el núcleo 22 de la fresa tiene una conicidad convexa de forma parabólica. Esta forma proporciona una rigidez adicional, mientras que mantiene una profundidad de diente suficiente en el extremo 24 cortante. Esta realización proporciona la mejor rigidez frente a la flexión y se emplea de manera útil cuando el fresado de ranurado está restringido a las zonas inmediatas al extremo 24 cortante. Además, esta realización está adaptada para realizar de la mejor manera operaciones de fresado lateral y de ranurado poco profundo.

La figura 3 ilustra una fresa 26 de espiga en la que el núcleo 28 de la fresa tiene una conicidad cóncava. De manera ventajosa, la conicidad cóncava es de forma parabólica. Tal forma corresponde bien al diagrama de esfuerzos de una viga en voladizo cargada, repartiéndose por tanto el metal del núcleo precisamente donde más se necesita y obteniéndose una buena profundidad de diente para una longitud prolongada a lo largo de la fresa. Esta forma proporciona la mejor eliminación de virutas a lo largo del lado 30 de la fresa y por tanto es ideal para el fresado lateral y las operaciones de ranurado.

En las figuras 4 y 5 se observa una fresa 32 de espiga en la que la anchura TW de diente aumenta y la anchura FW de acanaladura disminuye, gradualmente desde el extremo 34 cortante hacia la espiga 36 de la fresa. La forma del núcleo 38 es cónica recta, tal como se ilustra en la figura 1. Sin embargo, la conicidad del núcleo es algo menos profunda, ya que el aumento deseado en área cuando uno se mueve hacia la espiga se debe parcialmente a los dientes 40 de la fresa. La realización presente puede aplicarse a operaciones de ranurado profundo y de fresado lateral.

Las figuras 6 y 7 muestran una fresa 42 de espiga idéntica a la mostrada en las figuras 4 y 5, excepto en que la forma del núcleo 44 es parabólica convexa o cóncava por razones explicadas con referencia a las figuras 2 y 3.

El alcance de la invención descrita está destinado a incluir todas las realizaciones que caigan dentro del significado de las reivindicaciones siguientes. Los ejemplos anteriores ilustran formas útiles de la invención, pero no han de considerarse como que limitan su alcance, ya que los expertos en la técnica se darán cuenta fácilmente de que las variantes y modificaciones adicionales de la invención pueden formularse sin apartarse del significado de las siguientes reivindicaciones.

Claims (7)

1. Fresa de espiga multidiente, giratoria, de las que presentan un extremo cortante con dientes de corte helicoidales y una espiga, en la que el área total de la sección transversal del núcleo de la fresa aumenta gradualmente desde el extremo cortante hacia la espiga de la fresa y en la que la anchura de diente aumenta gradualmente desde el extremo cortante hacia la espiga de la fresa.

2. Fresa de espiga según la reivindicación 1, en la que en una sección transversal central a lo largo de la longitud de dicha fresa, el núcleo de la fresa aumenta gradualmente en diámetro desde el extremo cortante hacia la espiga de la fresa.

3. Fresa de espiga según la reivindicación 2, en la que dicho núcleo de la fresa es cónica recta.

4. Fresa de espiga según la reivindicación 2, en la que dicho núcleo de la fresa tiene una conicidad convexa.

5. Fresa de espiga según la reivindicación 2, en la que dicho núcleo de la fresa tiene una conicidad cóncava.

6. Fresa de espiga según las reivindicaciones 4 y 5, en la que dicha conicidad convexa o cóncava es de forma parabólica.

7. Fresa de espiga según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el diámetro exterior del extremo cortante permanece constante a lo largo del extremo cortante.