ES2242388T3 - Taladro de material con cortadores rotatorios autopropulsados. - Google Patents

Abstract

Una herramienta de taladrado (10) que comprende un cuerpo (11) que puede rotar alrededor de y avanzar a lo largo de un eje primario (28) durante el taladrado y que lleva un elemento de corte rotatorio redondo (15) montado en el cuerpo (11) para rotación alrededor de un eje secundario (27) fijo con respecto al eje primario (28), teniendo el elemento de corte (15) un borde (54) de corte circular que limita una superficie de corte (53) del elemento que mira generalmente hacia la dirección de avance de taladrado del cuerpo, estando definida la relación de los ejes primario y secundario de forma que, en un sitio de corte en el elemento (15) situado en el lugar de máxima distancia radial del borde de corte al eje primario, la superficie de corte (53) tiene, con relación al eje primario, ángulos de ataque radial y axial definidos en coordinación entre sí para asegurar la rotación del elemento (15) durante la operación de taladrado de la herramienta, en una dirección seleccionada alrededor del ejesecundario (27).

Description

Taladrado de material con cortadores rotatorios autopropulsados.

Campo del invento

Este invento se refiere al taladrado de metales y en otros materiales mecanizables mediante el uso de cortadores rotatorios autopropulsados llevados en un cuerpo de herramienta.

Antecedentes del invento

El uso de cortadores rotatorios autopropulsados en la mecanización (corte) de metal se conoce en el contexto de las operaciones de torneado en las que una pieza de trabajo es hecha rotar en un torno. Tal uso también se conoce en el contexto de las operaciones de fresado.

Las patentes de EE.UU 2.233.724, 2.513.811 y 4.181.049 corresponden a ejemplos anteriores y más recientes de la utilización de cortadores rotatorios en operaciones de torneado: La patente de EE.UU 3.329.065 es un ejemplo de la utilización de tales cortadores en operaciones de fresado.

En el contexto de la mecanización de metales, los cortadores rotatorios autopropulsados son elementos anulares, a menudo llamados "insertos" debido a su reemplazabilidad en un soporte apropiado o cuerpo de herramienta, que son mucho más duros que los metales que cortan usualmente. Los insertos cortadores pueden ser proporcionados con diversas geometrías, pero son comunes las geometrías planas de forma de arandela y a menudo son favorecidas debido a que su geometría simple está relacionada con un coste reducido. Un inserto cortador es llevado en un cuerpo de herramienta para rotar alrededor del eje del cortador. Bien por un diseño adecuado de un cuerpo de herramienta fresadora y de cómo lleva el cortador rotatorio, o mediante el adecuado posicionamiento del cuerpo de herramienta con su cortador con respecto a una pieza de trabajo en un torno giratorio, una cara circunferencial del cortador y un borde contiguo en el elemento de corte están situados en una posición relativa deseada con respecto a una pieza de trabajo que va a ser torneada o fresada. Esa relación de posición deseada entre el cortador y la pieza de trabajo durante las operaciones de corte, en la que una u otra, la herramienta y la pieza de trabajo son hechas rotar una con respecto a otra, y el cortador es movido en la pieza de trabajo, hace que la fricción entre el cortador y la pieza de trabajo haga rotar el cortador alrededor de su propio eje. Esa fricción es la fricción entre el cortador y las virutas de metal formadas por el contacto forzado entre el cortador y la pieza de trabajo. Como el cortador gira alrededor de su eje, nuevas partes de la cara y del borde del cortador entran en contacto de corte con la pieza de trabajo, mientras que las partes de la cara y del borde que han salido de ese contacto son capaces de enfriarse antes de volver a estar en contacto con la pieza de trabajo. Esa capacidad de un cortador rotatorio de permanecer mucho más frío que un cortador no rotatorio en condiciones de mecanización comparables confiere a un cortador rotatorio una vida útil mucho mayor que la de un cortador no rotatorio.

A pesar de las sugerencias en algunos escritos sobre la utilidad de los cortadores rotatorios autopropulsados en operaciones de taladrado, hasta la fecha se sabe que tales cortadores han sido realmente usados hasta ahora solamente en operaciones de torneado y fresado. Como se apreciará más ampliamente en la siguiente descripción detallada de una herramienta de taladrado tomada como ejemplo que tiene unos cortadores rotatorios autopropulsados, las operaciones de torneado y de fresado tienen mucho en común entre ellas en lo referente a cómo se aplican fuerzas a los insertos cortadores rotatorios, mientras que las operaciones de taladrado presentan un régimen y un conjunto significativamente diferentes de las condiciones y efectos de carga del inserto del cortador. Esas diferencias, y una aparente falta de entendimiento de ellas, han significado una barrera al eficaz y exitoso uso de los cortadores rotatorios autopropulsados en operaciones de taladrado de metal.

El taladrado es diferente de la perforación de metal. El taladrado supone la presencia en una pieza que va a ser trabajada de un agujero cilíndrico aproximadamente circular, teniendo que ser mecanizada la cavidad o pasaje de sus paredes para proporcionar un agujero más cilíndrico, es decir, que tenga un diámetro especificado y una terminación deseada de la superficie. El taladrado es la operación utilizada para conseguir estos objetivos. La perforación, por otra parte, generalmente supone que la pieza de trabajo no tiene agujero, cavidad o pasaje en el sitio deseado; la perforación puede ser la operación utilizada para crear tal agujero, cavidad o pasaje de diámetro especificado y, si es oportuno, el deseado acabado de la superficie. Los taladros usualmente tienen relaciones diámetro-longitud que son mucho mayores que los agujeros, es decir, creados por perforación.

Las operaciones de taladrado de metal cada vez presentan más condiciones de mecanización en las que se podrían usar cortadores rotatorios autopropulsados con gran ventaja, pero hasta la fecha no han sido usados. Por ejemplo, en la industria del automóvil, muchos factores, notablemente los deseos de una mayor eficiencia del combustible mediante el uso de vehículos más ligeros, están animando a los fabricantes de automóviles a producir motores realizados predominantemente de aluminio, u otras aleaciones ligeras, o materiales (tal como un hierro grafítico compacto, una forma especial de hierro fundido) que permite que el bloque del motor sea más ligero en su conjunto. El aluminio es atractivo debido a que es ligero y comparativamente no caro. Sin embargo, el aluminio no es conocido por su resistencia al desgaste, especialmente a altas temperaturas, a menos que esté especial y costosamente aleado con otros materiales.

Los bloques de los automóviles están formados inicialmente por procesos de fundición y después por procesos de mecanizado de terminación que incluyen perforación, roscado interior, fresado, taladrado y otros procesos de mecanización. Si para formar el bloque del motor en bruto, las paredes de los taladros del cilindro en aquellos motores están a menudo definidos por una camisa de metal que tiene una alta resistencia al desgaste a altas temperaturas. Las paredes del cilindro pueden estar formadas por camisas mecanizadas insertadas en un bloque de motor o, más preferiblemente, por piezas generalmente tubulares de tal material resistente al desgaste, alrededor del cual se ha formado el bloque del motor de aluminio en la fundición del bloque. En la última situación, un material deseable para utilizarlo en la formación del inserto del cilindro es hierro grafítico compacto, o "CGI". El CGI es un material muy difícil de mecanizar debido a su alta resistencia a los esfuerzos de tracción y cortantes que deben ser superados por un cortador durante la mecanización. Hasta ahora, en lo que se sabe, el CGI no ha sido utilizado como material de inserto de cilindro en la producción de bloques de motores de automóvil. La fundición gris (hierro fundido) es el material más común a partir del cual se funden los bloques de motor y en los que se mecanizan los taladros del cilindro.

Las líneas de transferencia son ampliamente utilizadas en la producción de un bloque de motor mecanizado a partir de un a bloque de motor de fundición en bruto. Una línea de transferencia incluye una serie de estaciones de mecanizado a través de las cuales un bloque de motor pasa en secuencia, y en el que se realizan una o más operaciones particulares de mecanizado en un bloque de fundición. Las modernas líneas de transferencia están altamente automatizadas. Los bloques de fundición en bruto son cargados, manualmente o mediante robots u otros mecanismos, en un extremo de una línea de transferencia y los bloques mecanizados terminados son descargados de forma similar en el otro extremo de la línea. Entre los extremos de una línea de transferencia, los bloques normalmente no son tocados por manos humanas. Las líneas de transferencia funcionan más eficientemente cuando la necesidad de sustituir elementos de corte de metal desgastados o sin filo en los diferentes puestos de mecanización es mínima. Hasta ahora, cuando los bloques de motor han sido manipulados en líneas de transferencia de mecanización automatizadas, las operaciones de taladrado de cilindro frecuentemente, si no comúnmente, son las operaciones que limitan la velocidad y la eficiencia general de la línea de transferencia. La causa es la necesidad de forma comparativa de sustituir de forma frecuente las herramientas de taladrado en las que los elementos de corte están fijos en las herramientas, y tienen una usualmente corta vida debido a las altas temperaturas que experimentan, ya que son usadas de forma continua. Es bastante común que las modernas líneas de transferencia automatizadas tengan dos puestos de taladrado de cilindros sucesivos, para taladrado en bruto y de semiterminado respectivamente, seguidos por un puesto de pulimentado del cilindro. Así, el taladrado de cilindros de bloques de motores largos ha sido un asunto problemático en la industria del automóvil.

A la vista de lo anterior, se ha visto que ha existido durante mucho tiempo una significativa necesidad en la fabricación de motores ligeros de automóviles en líneas de transferencia automatizadas, entre otros contextos, las ventajas de los cortadores rotatorios autopropulsados en operaciones de taladrado de metal. Los aspectos de este invento que lo hacen útil para la industria de fabricación de automóviles también hacen el invento útil en otras industrias que utilizan procesos de taladrado de metal.

La patente de EEUU A-S-5.478.175 describe un conjunto de inserto de corte que incluye un inserto de corte rotatorio para cortar un material, y un soporte rotatorio para llevar rotatoriamente el inserto de corte. También se proveen la estructura para sujetar el inserto de corte en el soporte y para provocar la rotación
del inserto de corte cuando corta el inserto de corte.

El presente invento es como el reivindicado en las reivindicaciones.

Resumen del invento

Este invento permite de forma beneficiosa atender la necesidad identificada anteriormente. Lo hace proporcionando, entre otras cosas, una herramienta de taladrado para uso en mecanización de metal, en el que las superficies y los bordes de corte de la herramienta son superficies y bordes de insertos de corte rotatorios autopropulsados. Los insertos son llevados por un cuerpo de herramienta de taladrado en posiciones que les permiten girar en direcciones correctas a velocidades deseadas suficientes para asegurar el adecuado enfriamiento de las superficies y bordes de corte a medida que avanza el taladrado a tasas de alimentación y de velocidades de superficie de corte correlativas.

Hablando de forma general, un aspecto estructural de este invento es una herramienta de taladrado que tiene un cuerpo que puede rotar alrededor de y que puede avanzar a lo largo de un eje de herramienta primario durante el taladrado. El cuerpo de herramienta lleva un elemento de corte redondo que rota montado en el cuerpo para rotación alrededor de un eje secundario que está fijo con relación al eje primario. El elemento de corte tiene un borde de corte circular que limita una superficie de corte. La superficie de corte generalmente mira hacia la dirección de la rotación de taladrado del cuerpo de herramienta, es decir, hacia la dirección en la que la herramienta está avanzada con relación a una pieza de trabajo cuando la herramienta es utilizada para taladrar la pieza de trabajo. La relación de los ejes primario y secundario está definida de forma que un lugar de corte en el elemento situado en el lugar de máxima distancia radial del borde de corte al eje primario, la superficie de corte tiene unos ángulos de ataque radial y axial con relación al eje primario. Los ángulos de ataque radial y axial están definidos en una relación entre ellos para asegurar la rotación del elemento de corte en una dirección elegida alrededor del eje secundario con al menos una magnitud de par de torsión elegido durante el uso de taladrado de la herramienta.

Otro aspecto estructural de este invento se encuentra en un montaje de elemento de corte rotatorio redondo útil en una herramienta de taladrado. La herramienta tiene un cuerpo que es rotatorio alrededor y que puede avanzar a lo largo de un eje de herramienta durante el taladrado. El montaje incluye una base y un elemento de corte rotatorio anular llevado por la base para rotación alrededor del eje del cortador. El elemento de corte tiene una cara que se extiende sustancialmente en sentido radial del eje del cortador y también un borde de corte periférico que limita la superficie. El montaje incluye características estructurales por las que el montaje es rígidamente conectable al cuerpo de herramienta en una determinada relación con el cuerpo. Esta relación es una en la que la superficie del elemento de corte se abre en la dirección de la rotación de taladrado del cuerpo de herramienta alrededor de su eje. Esta relación también es una en la que la superficie de corte del elemento tiene ángulos axial y radial seleccionados de ataque con relación al eje de la herramienta en un lugar de corte en el elemento. La posición de corte del elemento es el lugar de máxima distancia del borde de corte desde el eje de la herramienta. Los ángulos de ataque radial y axial tienen valores que aseguran la rotación del elemento de corte alrededor del eje de corte en una dirección seleccionada con una cantidad de par de torsión seleccionada en la operación de taladrado de la herramienta.

Un aspecto de procedimiento de este invento proporciona un método de mecanizado de un taladro de diámetro especificado en una pieza de trabajo de material especificado con un elemento de corte rotatorio autopropulsado. El método incluye el paso de definir, con referencia a las propiedades del material especificado, los primeros valores operativos de velocidad, profundidad de corte y tasa de alimentación axial del elemento de corte. El método incluye el paso de establecimiento de aquellos primeros valores operativos de las relaciones de los ángulos de ataque axial y radial del elemento de corte con las fuerzas de corte axiales y radiales y el par de torsión del elemento de corte. El método también incluye la identificación de los ángulos de ataque del elemento de corte para un par de torsión máximo en una dirección deseada alrededor del eje de rotación del elemento de corte, y el establecimiento de las fuerzas soporte en los ángulos de ataque identificados. Se provee una herramienta de taladrado rotatoria que tiene un punto de corte separado radialmente del eje de la herramienta una distancia igual a un medio del diámetro especificado del taladro, y que tiene los ángulos de ataque axial y radial identificados en la punta de corte del elemento. Esa herramienta es operada a una velocidad angular que produce la velocidad de corte definida y a la tasa de alimentación axial definida en la pieza de trabajo para mecanizar el taladro.

Descripción de los dibujos

Las anteriores y otras características y ventajas de este invento se muestran más ampliamente en la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferidas presentes del invento presentado con referencia a los dibujos anejos, en los que:

la Figura 1 es una vista en alzado lateral de una herramienta de taladrado que tiene cortadores rotatorios autopropulsados llevados en su extremo superior;

la Figura 2 es una vista en planta superior de la herramienta de taladrado;

la Figura 3 es una vista en alzado lateral de una base de montaje de un cortador rotatorio, tres de los cuales son componentes de la herramienta mostrada en las Figuras 1 y 2, con un inserto cortador rotatorio y otros componentes del montaje mostrado de forma fragmentaria;

la Figura 4 es una vista en alzado de la base del montaje tomada a lo largo de la línea 4-4 de la Figura 3;

la Figura 5 es una vista fragmentaria de un alzado del cuerpo de herramienta de taladrado sin los montajes del cortador en el cuerpo;

la Figura 6 es una vista de la planta superior del cuerpo de herramienta;

la Figura 7 es una vista de la planta superior de un miembro de bloqueo del montaje trasero;

la Figura 8 es una vista de un alzado del miembro de bloqueo del montaje trasero;

la Figura 9 es una vista de la planta superior de un miembro de bloqueo del montaje frontal;

la Figura 10 es una vista de un alzado del miembro de bloqueo del montaje frontal;

las Figuras 11-15 son representaciones gráficas de las relaciones entre ciertas variables que son importantes para el diseño de la herramienta de taladrado mostrada en las Figuras 1 y 2 y para las otras herramientas de taladrado y montajes de cortadores de acuerdo con este invento. En cada una de las Figuras 11-15, la abscisa (eje horizontal) es el ángulo de ataque axial en incrementos de un grado en la gama de -20º (origen) a 0º. En cada uno de estos gráficos, las líneas son valores del ángulo de ataque radial en incrementos de 1º en la gama de \beta=0º a \beta=-20º. Las ordenadas (eje vertical) de las Figuras 11-15 son las siguientes:

Figura 11: fuerza de corte tangencial en libras;

Figura 12: fuerza de corte radial en libras;

Figura 13: fuerza de corte axial en libras;

Figura 14: par de torsión del inserto en libras-pulgadas; y

Figura 15: velocidad del inserto en revoluciones por minuto.

En todos los casos, la velocidad de corte es 2.641 pies cuadrados por minuto, (805 M por minuto), la profundidad de corte es 0,0157 pulgadas (0,40 mm), y la tasa de alimentación es 0,006 pulgadas (0,15 mm) por diente. Un diente es un borde de corte de la herramienta. La tasa de alimentación por diente es la tasa de avance general por giro dividida por el número de bordes de corte de la herramienta.

Descripción detallada del invento

La Figura 1 es una vista de un alzado lateral de una herramienta de taladrado 10 de acuerdo con este invento. La herramienta tiene un cuerpo 11 que tiene un extremo de huso 12 contiguo al cual el cuerpo define una base 13 que es la parte de la herramienta que está mantenida en el huso rotatorio impulsado de una máquina de taladrado adecuada o centro de mecanización (no mostrado). Si la herramienta va a ser utilizada en un centro de mecanización que incluye mecanismos para cambiar automáticamente herramientas entre la ocurrencia de diferentes operaciones de mecanización realizadas por el centro, la base 13 de la herramienta incorpora las características estructurales que son necesarias para conseguir la alineación, el encaje y la inclinación apropiados con y en los mecanismos de manipulación de la herramienta del centro. A modo de ejemplo, la geometría de la base 13 de la herramienta mostrada en la Figura 1 está conforme a los requisitos de las configuraciones del fuste de la herramienta y de los diseños del huso de la herramienta de acuerdo con los criterios ABS 80. El cuerpo de herramienta también tiene un extremo 14 de taladrado opuesto. Comúnmente, el extremo 14 de taladrado de la herramienta 10 está en su extremo inferior durante el uso de la herramienta en las operaciones de taladrado de metal. En operaciones de taladrado, las paredes de un agujero o cavidad generalmente cilíndrica en sentido circular existente en una pieza de trabajo metálica (tal como un bloque de motor de automóvil) se mecanizan (recortan) para definir una superficie de pared cilíndrica verdadera en sentido circular de diámetro especificado determinado por la geometría de la herramienta de taladrado en el lugar de su o sus elementos de corte de metal.

En su extremo de corte 14, la herramienta 10 rotatoriamente lleva tres elementos cortadores 15 rotatorios que también están aquí referidos como cortadores o miembros de corte y que comúnmente son conocidos como insertos en la industria de la mecanización. Los elementos cortadores 15 están definidos de un material que es mucho más duro que el metal al que los elementos se aplicarían durante el uso de taladrado de la herramienta; un material preferido para el cortador es nitruro de silicio, un material cerámico.

Como se ha mostrado en las Figuras 1 y 2, la herramienta 10 lleva cada elemento de corte como un componente de un montaje 16 de elemento de corte respectivo que tiene forma de un cartucho. Cada cartucho se puede insertar rápidamente en y retirar del cuerpo de herramienta para facilitar el eficiente reemplazo en la herramienta de los elementos cortadores desgastados y para facilitar la sustitución de otros cartuchos dentro de la capacidad de la herramienta y útiles para mecanizar taladros de diámetro diferente. Los cartuchos de los cortadores 16 son preferiblemente idénticos y, en la forma mostrada, están generalmente de acuerdo con las descripciones de la patente de EEUU 4.477.211. Cada cartucho incluye una base 18 (también denominada un estator) y también un rotor 19, un inserto de cortador 15, un deflector 20 de virutas y una tuerca de presión 21 que están montados en un árbol 24 (véanse las Figuras 3 y 4) definidos por el estator. Aunque no se han mostrado aquí, pero de acuerdo con la patente de EEUU 4.477.211, el rotor preferiblemente está acoplado al árbol de estator mediante un cojinete de empuje, un cojinete de agujas y un cojinete de bolas. Estos cojinetes están situados entre el estator y el rotor para montar rotatoriamente el rotor en el estator y para transferir al estator las cargas axiales aplicadas al rotor por el inserto cortador durante el taladrado. El árbol del estator forma, en efecto, un eje alrededor del cual puede girar el inserto cortador. La tuerca de presión está conectada al árbol del estator a través de una rosca 25 (véanse las Figuras 3 y 4) formada en el extremo del árbol separado del extremo ancho del árbol. Las roscas 25 preferiblemente tienen un sentido de roscado que es opuesto al sentido de roscado de la dirección en la que el inserto cortador rota alrededor del árbol del estator durante el taladrado. Así, en la herramienta 10, los insertos 15 rotan en sentido horario (es decir, en dirección a la derecha) alrededor del árbol del estator cuando son vistos a lo largo del árbol del eje desde el extremo roscado del árbol, y así las roscas 24 son roscas en sentido a la izquierda.

El estator 18 del cartucho del cortador puede montarse rápidamente en y es desmontable del cuerpo 11 de herramienta debido a la presencia de características estructurales del estator que permiten estas ventajas y que también hacen que el eje 27 del estator tenga una posición fija predeterminada en el cuerpo de herramienta con respecto al eje central 28 del cuerpo de herramienta. Un conjunto actualmente preferido de tales características estructurales incluye una mitad 22 de conexión en cola de milano macho en forma de nervio definida en la cara del estator que está opuesta a las roscas 25. El nervio 22 en cola de milano macho actúa conjuntamente con una mitad 23 de conexión en cola de milano hembra en forma de ranura (véase la Figura 2, por ejemplo) formada en la cara trasera de un entrante respectivo 17 en el cuerpo de herramienta. La línea central de cada ranura en cola de milano hembra convencional y preferiblemente es paralela al eje 28 de la herramienta. Sin embargo, la línea central del nervio 22 en cola de milano macho no es, en la mayoría de los casos, perpendicular al eje 27 del árbol del estator, pero está fuera de la perpendicular a ese eje un ángulo \gamma que, en las circunstancias descritas, define (y es igual a) el ángulo \alpha de ataque axial del inserto del cortador respectivo cuando es llevado por el cuerpo de herramienta. Esto se ha mostrado en la Figura 3 que es una vista de un alzado del estator del cartucho visto en el lado del estator que mira hacia el eje 28 de la herramienta cuando el estator está montado en la herramienta por medio de la conexión 22, 23 en cola de milano. La posición ocupada en el estator por el rotor 19, el inserto 15 cortador, el deflector 20 de virutas y la tuerca de apriete 21 están representados en la Figura 3 por líneas discontinuas.

La Figura 4, que es una vista de un estator 18 de cartucho tomada a lo largo de la línea 4-4 de la Figura 3, muestra que el nervio macho en cola de milano preferiblemente no está centrado sobre el eje del estator (es decir, el eje 27), sino que está desplazado lateralmente de ese eje hacia el lado del estator mostrado en la Figura 3. Este desplazamiento permite que cada ranura 23 en cola de milano sea definida en el cuerpo de herramienta en un lugar que está suficientemente hacia dentro de la circunferencia del cuerpo de herramienta en la vecindad de un entrante 17 para asegurar una fuerte conexión de la base del estator con el cuerpo de herramienta, y también permitir que el árbol del estator esté comparativamente lejos del eje 28 de la herramienta, de forma que el diámetro del inserto 15 cortador puede ser mantenido bajo compatible con el diámetro del taladro que va a cortar durante el uso de taladrado de la herramienta 10. El desplazamiento del nervio 22 en cola de milano macho del eje 27 también proporciona una característica estructural de robustez en el extremo roscado del árbol del estator para permitir que el extremo del árbol sea efectivamente apretado al cuerpo de herramienta tal como se ha mostrado en las Figuras 1 y 2 y como se ha descrito anteriormente.

Los componentes adicionales de las características estructurales del estator que permiten que la posición del eje 27 del estator sea fija con relación al eje 28 de la herramienta, cuando el estator está montado en el cuerpo de herramienta, incluyen dos superficies preferiblemente planas 30 y 31 formadas en el árbol del estator en la parte del árbol que define la rosca 25; estas superficies son mostradas mejor en las Figuras 3 y 4. Estas superficies cooperan con un miembro de pata de sujeción frontal 33 mostrado en las Figuras 9 y 10 y en su posición instalada en las Figuras 1 y 2. La superficie extrema 30 del árbol del estator preferiblemente es paralela al eje 27 del árbol y paralela a la dimensión más larga del nervio 22 en cola de milano. Su posición en el estator está determinada en cooperación con la forma de un entrante 17 en el cartucho del cuerpo de herramienta, de forma que cuando se monta un cartucho en el entrante por medio de una conexión en cola de milano, la superficie 30 descansa en una superficie 34 del entrante 17. La superficie 31 está en ángulo con relación a la superficie 30 en cooperación tipo cuña con la superficie 30. Como se ve mejor en la Figura 2, la superficie 31 está aplicada por una extensión de lengüeta 35 dirigida hacia atrás (con relación a la dirección de rotación de taladrado de la herramienta 10) de un miembro de garra frontal en la herramienta de taladrado totalmente montada. Un miembro de pata de sujeción frontal tiene un cuerpo generalmente tubular 36 del que se extiende una extensión 35 preferiblemente en sentido radial; la longitud de la extensión en la dirección de la longitud del cuerpo 36 es menor que la longitud del cuerpo desde un extremo del cuerpo. Un agujero con rosca interior 37 está formado axialmente en el cuerpo 36 de la garra.

En una herramienta 10 de taladrado montada, un miembro de pata de sujeción frontal es recibido en la cavidad 39 formada en el cuerpo de herramienta sustancialmente en la superficie 34 del entrante; véase la Figura 5, por ejemplo. La cavidad 39 está contorneada de tal forma que un miembro de garra situado en ella no puede rotar y tiene su extensión 35 alineada con la superficie 31 del correspondiente cartucho de inserto del cortador. El miembro de pata de sujeción frontal está asegurado en el cuerpo de herramienta mediante un tornillo (no mostrado) con la superficie hacia dentro 40 de la extensión de la garra fuertemente aplicado en la superficie final 31 del estator para sujetar el extremo del árbol del estator contra el cuerpo de herramienta en el entrante 17. El tornillo utilizado para asegurar la pata de sujeción 33 en la cavidad 39 aplica el cuerpo de herramienta en un agujero con rosca interior 41 formado en el cuerpo en el fondo de la cavidad.

La posición correcta de un cartucho 16 de inserto de cortador en sentido axial del cuerpo 11 de la herramienta está definido por un pasador 43 de posicionamiento (Figura 1) que está mantenido en un agujero 44 formado en el cuerpo de herramienta. El agujero 44 atraviesa la correspondiente ranura 23, tal como lo hace el pasador situado en ese agujero. El pasador actúa como un tope de posicionamiento para el nervio en cola de milano cuando el cartucho se inserta en el cuerpo de herramienta por la ranura en cola de milano. Esto es, el pasador 43 se aplica en el extremo del nervio en cola de milano en el extremo del nervio que se muestra en la parte del ángulo inferior derecho de la Figura 3. Debido a que la ranura 23 en cola de milano del cuerpo de herramienta tiene su dimensión más larga dispuesta paralela, o sustancialmente así, al eje 28 de rotación de la herramienta, la cooperación de un pasador 43 con la estructura del nervio en cola de milano define el límite del movimiento del cartucho en el cuerpo de herramienta a lo largo del eje 28 de la herramienta. Ese límite, que depende de la longitud del nervio 22 en cola de milano en el cartucho, a su vez establece la situación del punto 55 de corte de ese cartucho a lo largo del eje 28 de la herramienta. Como se verá en las siguientes descripciones, el ajuste de cada una o de ambas posiciones de un particular pasador de posicionamiento 43 en el cuerpo de herramienta y la longitud efectiva de un nervio en cola de milano del cartucho correspondiente pueden ser usados para establecer el decalaje axial de un inserto cortador correspondiente relativo a los puntos de corte de otros insertos cortadores que lleva la herramienta 10.

El nervio en cola de milano de un cartucho está retenido en el cuerpo de herramienta por la acción de un miembro 46 de pata de sujeción trasera que generalmente es similar al respectivo miembro 33 de pata de sujeción pero que tiene su extensión por debajo de la superficie 47 en pendiente para acoplarse contra una pared trasera en pendiente del nervio en cola de milano del cartucho contiguo. Cada miembro de pata de sujeción trasera es recibido en una cavidad 48 de contorno cooperativo formada en las superficies laterales exteriores del cuerpo de herramienta dirigido hacia atrás de cada entrante de cartucho. Cada miembro 46 de pata de sujeción es mantenido en su cavidad por un tornillo (no mostrado) que coopera con el miembro de pata de sujeción y el cuerpo de herramienta en la forma previamente descrita para los miembros de pata de sujeción frontal.

El extremo de taladrado 14 del cuerpo 11 de la herramienta está en entrante centrado, como en 50. El entrante 50 tiene comunicación parcial con el entrante 17 del cartucho contiguo y puede albergar las virutas de metal generadas durante el uso de la herramienta 10.

Mientras que insertos cortadores de diferentes geometrías pueden ser usados en una herramienta de taladrado de acuerdo con este invento, la herramienta 10 está preparada para utilizar insertos redondos anulares que tienen una superficie 52 circunferencial exterior cilíndrica circularmente y superficies de las caras principales paralelas planas, que incluyen una superficie 53 de corte frontal o de ataque, perpendicular al eje 27 del cartucho correspondiente, que puede ser denominado un eje del cortador o eje secundario relativo a un eje primario colineal con el eje 28 de la herramienta. Los insertos 15 de corte son tales insertos. La línea circular de intersección de la superficie 52 circunferencial del inserto con la superficie 53 de corte forma el borde 54 de corte del inserto. El punto 55 en el borde 54 de corte, que está a la mayor distancia del eje 28 de la herramienta es el punto de corte idealizado del inserto durante el taladrado, cuando ese punto el que determina el diámetro de la superficie cilíndrica taladrada por ese inserto, cuando la herramienta de taladrado es hecha rotar y avanzar axialmente durante el taladrado.

Los términos "ataque axial" y "ataque radial" han sido usados para identificar ciertas relaciones geométricas importantes en las herramientas de corte de metal que usan insertos rotatorios (que rotan) autopropulsados. El ángulo de ataque axial es negativo cuando el eje del cortador generalmente apunta hacia la pieza de trabajo; en el contexto de una herramienta de taladrado, hacia la pieza de trabajo significa hacia la dirección de avance axial de la herramienta. El ataque axial se evalúa desde una posición ventajosa situada en una línea radialmente desde el eje de la herramienta, eliminando así los efectos de ataque radial. El ataque axial se mide por el ángulo que el eje de la herramienta tiene con el plano de la cara de corte en el lugar del punto de corte 55 sobre la cara de corte 54, es decir, por el ángulo \alpha mostrado en la Figura 1, que es el mismo en valor que el ángulo \gamma mostrado en la Figura 3. El ataque radial se evalúa desde una posición ventajosa sobre el eje de la herramienta mirando hacia el extremo de taladrado de la herramienta; tal posición ventajosa elimina los efectos del ataque radial. El ataque radial se mide como el ángulo incluido entre un radio 56 desde el eje de la herramienta a través del punto de corte (como un límite del ángulo) y un plano 57 que incluye el eje de la herramienta y es perpendicular (visto desde la posición ventajosa radial) al eje de rotación del inserto cortador, esto es, el eje del cortador (como el otro límite del ángulo). El ataque radial es negativo si el punto de corte está desplazado en la dirección de rotación de la herramienta desde el plano que es perpendicular al eje del cortador y que define el segundo límite del ángulo de ataque radial. El ángulo de ataque radial \beta se muestra en la Figura 2 y es negativo en la herramienta 10.

Como se ha dicho anteriormente, una ventaja importante de las herramientas de corte metálicas que tienen bordes y caras de corte que se mueven en las herramientas de corte, en comparación con las herramientas en las que esos bordes y caras permanecen fijas en las herramientas, es que tienen una vida útil mucho más larga en condiciones de mecanización comparables, entre otras, de metal, profundidad de corte, tasa de alimentación y velocidad de la herramienta en su movimiento relativo con el metal de la pieza de trabajo. Esa vida más larga es debida al movimiento de los bordes y caras de corte de las herramientas y por la refrigeración de los bordes y caras, cuando sus diferentes partes se mueven cíclicamente fuera de y hacia atrás en aplicación para corte con la pieza de trabajo. Para esos bordes y caras de corte para retirar más efectivamente el metal de la pieza de trabajo, deberían moverse en la dirección correcta con relación a la pieza de trabajo y a una velocidad consecuente con consideraciones prácticas contrapuestas; demasiado despacio produce calentamiento innecesario y demasiado rápido presenta otros problemas. Así, se ha reconocido desde hace tiempo que en el diseño óptimo de las herramientas de mecanizado con insertos cortadores rotatorios autopropulsados intervienen muchas variables que están relacionadas entre sí de formas complejas poco comprendidas. Si puede conseguirse un diseño determinado geométricamente óptimo, puede ser imposible incorporar ese diseño en una herramienta de corte de tamaño adecuado, en el que la herramienta y sus componentes tengan resistencia estructural suficiente para durar (es decir, permanecer juntos) un espacio de tiempo aceptable en las condiciones de mecanización actuales. Como una consecuencia de estos muchos factores en competencia, el diseño de un inserto metálico rotatorio de una herramienta de corte comercialmente aceptable es un ejercicio de compromiso y de intercambios realizados sobre la base de la experiencia práctica.

Se sabe que la rotación del inserto de corte está generada por la fricción entre el inserto y las virutas creadas en el proceso de mecanizado cuando las virutas fluyen a través de la cara de corte del inserto. Esa rotación está afectada, en cada situación individual de mecanizado, por el ángulo de ataque axial y por el ángulo de ataque radial del inserto. Cuando se produce el corte del metal, se generan tres fuerzas de corte relacionadas ortogonalmente. En el contexto de una herramienta de taladrado, tal como la herramienta 10, las fuerzas de corte aplicadas en un inserto pueden ser idealizadas como que están aplicadas en su punto de corte. Estas fuerzas son una fuerza axial que actúa sobre el inserto en una dirección paralela al eje de la herramienta (es decir, el eje 28), una fuerza radial que actúa sobre el inserto en una dirección que coincide con un radio de la herramienta, y una fuerza tangencial que es perpendicular a las fuerzas radiales y axiales en el punto de corte del inserto. Estas fuerzas tienen que ser acomodadas en la estructura física de la herramienta y deben dar como resultado un par de torsión que está aplicado en el inserto en la dirección deseada (es decir, la dirección en la que el inserto está para rotar alrededor de su eje) y con la magnitud deseada. La magnitud del par de torsión del inserto es importante para la capacidad del inserto para superar la fricción existente en sus cojinetes de montaje y para girar a la velocidad deseada.

El par de torsión aplicado a un inserto cortador rotatorio autopropulsado es una función de un conjunto complejo de variables que incluyen el ángulo de ataque axial del inserto, el ángulo de ataque radial, la velocidad angular de la herramienta de taladrado (es decir, sus revoluciones por minuto), el radio de la herramienta de taladrado en el punto de corte del inserto, el radio del inserto de corte, el coeficiente de fricción entre la cara de corte del inserto y las virutas que produce durante el taladrado, la profundidad del corte realizado por el inserto, y la tasa de alimentación axial de la herramienta de taladrado. Otros factores que son importantes son las fuerzas axial, radial y tangencial aplicadas al inserto en su punto de corte. Estas fuerzas están relacionadas no solamente con los ángulos de ataque del inserto, sino también con las propiedades del metal que se está taladrando; una herramienta de taladrado que trabaja bien para cortar hierro grafítico compacto puede trabajar deficientemente o no trabajar nada en absoluto cuando se usa para cortar aluminio, y viceversa. Las propiedades del material de la pieza de trabajo que se refieren al proceso de mecanizado incluyen resistencia a tracción, resistencia al corte, dureza, maleabilidad y ductilidad.

La técnica anterior ha sugerido que, en general, aumentando el ángulo de ataque radial de un inserto de corte rotatorio aumentará la velocidad del inserto alrededor de su eje de rotación y aumentará la disipación de calor del inserto. Mientras que tal sugerencia puede ser válida en el contexto de operaciones de mecanizado de fresado y torneado, no es cierto en el contexto de operaciones de taladrado. Entre otras cosas, la situación del punto de corte del inserto con relación al cuerpo de herramienta es diferente, ya que son la forma en la que las fuerzas de corte actúan sobre el inserto; se ha sabido empíricamente que, en ciertos casos, aumentando el ángulo de ataque radial en taladrado puede ser causa de que el inserto no rote o de que invierta la dirección de rotación. Se ha descubierto que, en taladrado y tal vez en otros contextos, los ángulos de ataque axial y radial afectan a la rotación del inserto y que, en general, el ángulo de ataque axial es aproximadamente el doble de significativo que el ángulo de ataque radial. Cambiando el ángulo de ataque axial 5 grados tiene un efecto doble sobre la velocidad angular y la generación de par de torsión del inserto a cómo lo hace un cambio de 5 grados en el ángulo de ataque radial.

Mientras puede parecer que un diseño de herramienta de taladrado factible de un inserto rotatorio sería para maximizar el par de torsión generado, pueden surgir serias dificultades prácticas haciéndolo así. A medida que el par de torsión se incrementa, así lo hacen algunas de las fuerzas de reacción sobre los cojinetes que montan el inserto en el cuerpo de herramienta, reduciendo así la vida de la herramienta. También hay que considerar limitaciones prácticas que surgen en el cuerpo de herramienta. Se han de evitar secciones transversales delgadas en la estructura del cuerpo de herramienta, ya que pueden limitar la capacidad de sujetar de forma segura un cartucho de inserto en el cuerpo de herramienta y crearán zonas de grandes tensiones en el cuerpo. Estas dos situaciones afectarán a la estabilidad de la herramienta y al proceso de taladrado propiamente dicho.

La herramienta 10, descrita anteriormente y mostrada en los dibujos anejos, está diseñada para mecanizar un taladro en hierro grafítico compactado. La herramienta es para crear un taladro que tiene un diámetro de 3,13 pulgadas (79,5 mm) y tiene un radio en sus puntos de corte del inserto de la mitad de esa medida, es decir, los insertos no tienen decalaje radial como cuando están montados en el cuerpo de herramienta. También, los insertos de la herramienta 10 no tienen decalaje axial como cuando están montados en la herramienta; esto es, los puntos de contacto de todos los insertos descansan en un plano que es perpendicular al eje 28 de la herramienta. El diámetro de los insertos de corte es 1,062 pulgadas (26,97 mm). La velocidad del huso de diseño es 3.200 rpm, lo que produce una velocidad de corte de 2.641 SFM (pies/minuto) (805 M/minuto). La profundidad del corte de diseño es 0,0157 pulgadas (0,40 mm). La tasa de alimentación de diseño es 0,006 pulgadas/diente (0,15 mm/diente). Un diente es un borde de corte en la herramienta. La tasa de alimentación por diente es la tasa de avance general de la herramienta por vuelta dividida por el número de bordes de corte de la herramienta. Cada inserto de herramienta 10 define un borde de corte.

Los gráficos de las Figuras 11-15 describen cada uno las relaciones entre tres variables importantes para el diseño de la herramienta 10. En cada situación, las variables simultáneas de velocidad de corte, profundidad de corte y de tasa de alimentación son constantes a los valores especificados anteriormente. La Figura 11 describe la relación entre la fuerza de corte tangencial (ordenada) en libras y el ángulo de ataque axial \alpha (abscisa) para diferentes valores de ángulos de ataque radial en el intervalo \beta=0º a \beta=-20º en incrementos de 1º. La Figura 12 describe la relación entre la fuerza de corte radial (ordenada) en libras y los ángulos de ataque (líneas) radiales en los mismos intervalos (y los mismos incrementos) de los ángulos. La Figura 13 describe la relación entre la fuerza de corte axial (ordenada) en libras y los ángulos de ataque axial (abscisa) y radial (líneas) a través del mismo intervalo de ángulos de ataque radial. La Figura 14 describe la relación entre el par de torsión del inserto (ordenada) en libras-pulgadas en el mismo intervalo (y cantidad incrementada) de ángulos de ataque axial (abscisa) y radial (líneas). La Figura 15 describe la relación entre la velocidad del inserto (RPM) en el mismo intervalo (y cantidad incrementada) de ángulos de ataque axial (abscisa) y radial (líneas). El material que va a ser taladrado es hierro grafítico compactado. Mediante el uso de los datos de las Figuras 11-15, y por evaluación de las fuerzas de los cojinetes y por evaluación de las limitaciones de la estructura de la herramienta mediante el uso de análisis de elementos finitos, se estableció un ángulo de ataque axial de -15
grados y un ángulo de ataque radial de -7,5 grados. El establecimiento de esos ángulos incluía la determinación de la combinación del ángulo de ataque para maximizar el par de torsión del inserto, el análisis de las tres fuerzas de corte de la combinación de ángulos, y la verificación de que se respetaron las limitaciones del cuerpo de herramienta y del montaje del inserto. Los trabajadores experimentados en la técnica reconocerán que, mientras que esos procesos son de naturaleza interactiva, no son engorrosos y, con conocimiento de las relaciones descritas en las Figuras 11-15, rápidamente conducen a un diseño de herramienta de taladrado trabajable, construible y correcto.

Se puede usar un modelo de simulación de fuerzas para determinar los ángulos de ataque de los insertos cortadores. El modelo puede generar las fuerzas de corte, el par de torsión del inserto y la velocidad de rotación del inserto con respecto a los ángulos de ataque. Las Figuras 11-15 fueron obtenidas por el uso de tal modelo de simulación de fuerzas e ilustran las tendencias. Se advertirá que no todas las relaciones entre estas variables son lineales.

Los trabajadores expertos en la técnica también reconocerán rápidamente que las herramientas para taladrado para uso con una de ellas o con las dos de otros materiales de la pieza de trabajo y otras condiciones de funcionamiento pueden ser definidas compatibles con las anteriores descripciones. Apreciarán rápidamente que se pueden adoptar disposiciones estructurales de herramientas de taladrado diferentes de las descritas y mostradas. Por ejemplo, la igualdad del ángulo \gamma de la Figura 3 con el ángulo \alpha de la Figura 1 (ángulo de ataque axial) es una consecuencia del plano de las conexiones 22, 23 en cola de milano que están situadas paralelas al eje 28 de la herramienta, y que de relaciones diferentes del plano de la cola de milano con el eje de la herramienta darán lugar a valores diferentes de \gamma para el mismo valor de \alpha y, con referencia a la Figura 4, incluso es posible una relación no normal (distinta de la perpendicular) del eje 27 del árbol del cartucho con el plano de la cola de milano. Además, se pueden usar conexiones distintas de las conexiones en cola de milano para conectar un cartucho de montaje de inserto de corte en el cuerpo de herramienta. El montaje de un inserto de corte en un cuerpo de herramienta de taladrado puede ser realizado más directamente, pero tal vez menos convenientemente, que con el uso de un cartucho; el ángulo alrededor del que rota un inserto en uso puede ser definido o llevado fijamente por el cuerpo de herramienta, y un inserto de corte puede ser montado de forma soltable sobre tal eje con cojinetes adecuados.

También a la luz de la información expuesta anteriormente, los trabajadores expertos en la técnica, particularmente los que tienen experiencia en el diseño y funcionamiento de líneas de transferencia, de acoplamiento de huso con herramienta y de disposiciones de montaje, y de la mecanización de metales propiedades diferentes, apreciarán que una herramienta de taladrado de acuerdo con este invento puede tener insertos que, cuando están montados en la herramienta, manifiestan cualquiera de los dos o ambos el decalaje axial o radial de sus puntos de contacto. Una herramienta que tiene decalaje axial es una en la que los puntos de contacto del inserto cortador están separados por distancias pequeñas medidas a lo largo del eje 28 de la herramienta. Una herramienta con decalaje radial es una en la que los puntos de contacto del inserto de corte tienen distancias radiales diferentes desde el eje 28 de la herramienta. El decalaje radial y/o axial puede ser usado para influir en la carga de la herramienta sobre su huso de montaje (y la carga del huso sobre sus cojinetes y montajes), para asegurar o para mejorar la seguridad y coaxialidad de la conexión de la herramienta con su huso impulsor, para reducir la vibración de la herramienta, por ejemplo, durante el taladrado.

Una herramienta de taladrado en la que no existe decalaje axial o radial de los insertos cortadores con relación al eje general de la herramienta es una herramienta de la que se dice que es simétrica. En un ensayo antiguo de un prototipo de herramienta 10 simétrica como la descrita anteriormente, se vio que los cojinetes del huso estaban muy desgastados y flojos. Ese ensayo fue realizado en el puesto de taladrado de una línea de transferencia de mecanización de bloques de motores de automóvil; el eje del huso en ese puesto de taladrado era sustancialmente horizontal. El huso estaba diseñado para aceptar herramientas que montaban fustes conforme a los criterios y geometría ABS 80. El fuste de la herramienta en esa configuración no era suficientemente rígido, y así la herramienta se comportaba como si su conexión con el huso estuviera floja y la herramienta no trabajara bien. La herramienta fue modificada por ajuste de la posición de los insertos del cortador en la herramienta para crear un decalaje radial de 1,27 mm (0,050 pulgadas) y un decalaje axial de 0,508 mm (0,020 pulgadas) en el cuerpo de herramienta; midiendo el decalaje entre insertos contiguos. Esa modificación hizo que cada uno de los insertos estuviera más fuertemente cargado durante el taladrado; esas cargas del inserto aumentadas hicieron que la herramienta estuviera más fuertemente cargada para reducir adecuadamente la vibración de la herramienta en la fundición del bloque de la pieza de trabajo, de forma que se confirmó la capacidad y operabilidad del invento. Ese ensayo también estableció que los criterios de diseño ABS 80 lineal del fuste (sin rosca interior) de la herramienta son débiles en comparación con los criterios de diseño ISO-50 y HSK-100 de fustes de herramientas con rosaca interior, que también son conocidos y usados en líneas de transferencia y en centros de mecanización. Actualmente se prefieren herramientas que tienen fustes conformes a los criterios de diseño HSK-100. Si se va a usar una herramienta que tiene una configuración de fuste ABS 80, se ha visto que la herramienta se usa mejor con su eje principal 28 dispuesto verticalmente o sustancialmente así.

Ensayos posteriores con otro prototipo de herramientas de taladrado de acuerdo con este invento han mostrado mejoras significativas en la capacidad de taladrar cilindros en bloques de motor de CGI y de fundición gris. Una herramienta que tiene tres insertos cortadores rotatorios autopropulsados tenía un diámetro efectivo de 3,139 pulgadas (79,73 mm) en sus inserto más inferior e interior un diámetro efectivo de 3,219 pulgadas (81,76 mm) en su inserto intermedio en sentido axial, y un diámetro efectivo de 3,299 pulgadas (83,8 mm) en su inserto más superior y más exterior, es decir, un decalaje radial uniforme de 0,040 pulgadas (1 mm); el decalaje axial fue uniforme en 0,100 pulgadas (2,54 mm). Esa herramienta fue capaz de taladrar el material del cilindro de CGI en 3,4 segundos en comparación con 25 segundos de taladrado con la herramienta convencional, y la linealidad del cilindro taladrado fue más exacta y la terminación superficial de mayor calidad. Estos resultados se consiguieron con herramientas con configuraciones ISO-50 y HSK-100 del fuste.

Los ensayos descritos en el párrafo anterior se realizaron utilizando fundiciones de bloque de motor en los que un paso de fluido refrigerante estuvo presente en las fundiciones en una posición intermedia a lo largo de la longitud de cada taladro de cilindro. Cuando tal fundición fue taladrada utilizando herramientas de taladrado convencionales, las paredes del cilindro se curvaron hacia afuera en la zona del paso del fluido refrigerante como respuesta a las cargas de la herramienta de taladrado y después rebotaron cuando esas cargas no estaban presentes. El resultado fue una superficie taladrada de diámetro menor en el centro que en sus extremos, es decir, un efecto reloj de arena. Las superficies taladradas creadas por uso de las herramientas de taladrado de este invento mostraron un efecto reloj de arena materialmente reducido.

Se ha visto, a partir de los ensayos anteriormente descritos y de otros, que las operaciones de taladrado de cilindros en bloques de motores de automóviles de CGI y de fundición gris que anteriormente habían sido realizados en dos puestos de taladrado en una línea de transferencia pueden ser realizados en un puesto utilizando herramientas de taladrado de acuerdo con este invento. También se vio que la superficie taladrada dejada por una herramienta de taladrado de acuerdo con este invento puede ser de una calidad tan alta como para mejorar los resultados obtenidos en un siguiente puesto de pulimentado en una línea de transferencia de mecanización de bloques de motores de automóviles.

Si se desea un decalaje axial de los insertos cortadores en una herramienta de taladrado de acuerdo con este invento, el decalaje general (distancia a lo largo del eje de la herramienta entre los puntos de contacto de los insertos más inferior y más superior) debería estar definido para asegurar que el inserto más inferior no haga un contacto indeseado con partes de la pieza de trabajo por debajo de la situación del taladro antes de que el inserto más superior alcance el extremo del lugar del taladro.

Un inserto cortador puede tener una geometría diferente de la geometría preferida de los insertos 15 en una herramienta de taladrado de acuerdo con este invento. La superficie periférica del inserto y su cara de corte puede ser distinta de la de cilindro circular y plana, respectivamente, como conveniente o deseada. Una herramienta de taladrado puede adoptar la forma de una barra de taladrado en la que un inserto de corte se monta para ajuste de la posición de su eje de rotación, de forma que los ángulos de ataque axial y radial del inserto y el radio efectivo de la barra en el punto de corte del inserto pueden variarse para diferentes diámetros de taladrado o de los materiales de la pieza de trabajo. También, se incluyen en este invento las herramientas de taladrado que tienen ajustabilidad de la posición del inserto para obtener el decalaje axial o radial o ambos. Se prefiere, pero no se requiere, que todos los insertos y las estructuras del cartucho del inserto en una herramienta de taladrado dada sean las mismas en lo referente a intercambiabilidad y reemplazabilidad.

Los trabajadores expertos en la técnica también apreciarán que la anterior descripción y los dibujos anejos corresponden más directamente a las herramientas de taladrado que forman las realizaciones actualmente preferidas de este invento. Esos trabajadores apreciarán que la descripción y los dibujos no son un catálogo exhaustivo de todas las formas y modos por las que las estructuras y procedimientos de este invento pueden ser realizadas, y que se pueden realizar variaciones y cambios en esas estructuras y procedimientos sin apartarse del ámbito de este invento, tal como está definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims (28)

1. Una herramienta de taladrado (10) que comprende un cuerpo (11) que puede rotar alrededor de y avanzar a lo largo de un eje primario (28) durante el taladrado y que lleva un elemento de corte rotatorio redondo (15) montado en el cuerpo (11) para rotación alrededor de un eje secundario (27) fijo con respecto al eje primario (28), teniendo el elemento de corte (15) un borde (54) de corte circular que limita una superficie de corte (53) del elemento que mira generalmente hacia la dirección de avance de taladrado del cuerpo, estando definida la relación de los ejes primario y secundario de forma que, en un sitio de corte en el elemento (15) situado en el lugar de máxima distancia radial del borde de corte al eje primario, la superficie de corte (53) tiene, con relación al eje primario, ángulos de ataque radial y axial definidos en coordinación entre sí para asegurar la rotación del elemento (15) durante la operación de taladrado de la herramienta, en una dirección seleccionada alrededor del eje secundario (27).

2. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el elemento de corte tiene una superficie de corte plana (53) y una superficie circunferencial (52) que es cilíndrica.

3. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 1, en la que los ángulos de ataque radial y axial son negativos.

4. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 3, en la que el valor del ángulo de ataque axial es aproximadamente dos veces más negativo que el valor del ángulo de ataque radial.

5. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el elemento de corte (15) es está soportado a rotación en un montaje (16) que está conectado de forma soltable al cuerpo (11) de la herramienta en una posición especificada y en una relación especificada con respecto al cuerpo (11) de la herramienta.

6. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 5, en la que los ángulos de ataque axial y radial son negativos, y el ángulo de ataque axial es aproximadamente dos veces más negativo que el ángulo de ataque radial.

7. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 5, que incluye medios de sujeción (33) que cooperan entre el cuerpo (11) de la herramienta y el montaje (16) para asegurar el montaje (16) en la posición y relación especificadas.

8. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el montaje (16) define un árbol (24) alrededor del cual puede girar el elemento de corte (15), y los medios de sujeción (33) cooperan con un extremo del árbol (24) próximo al elemento de corte (15).

9. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 5, que incluye una conexión en cola de milano (22, 23) del montaje (16) al cuerpo (11) de la herramienta.

10. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 9, en la que la línea central de las características de conexión en cola de milano del montaje (16) está desviada lateralmente del eje del árbol (24) definido por el montaje (16).

11. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 10, en la que la dirección de la desviación de las características de conexión en cola de milano respecto del eje del árbol (24) del montaje es una dirección que sitúa el árbol (24) del montaje hacia afuera de la conexión en cola de milano en el momento de la conexión del montaje con el cuerpo de herramienta.

12. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 9, en la que el cuerpo (11) de la herramienta incluye un elemento de posicionamiento (43) asociado con las características de conexión en cola de milano del cuerpo (11) de la herramienta en un lugar que limita el movimiento del montaje a lo largo de la conexión en cola de milano.

13. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 12, en la que las características de conexión en cola de milano del cuerpo definen una ranura de cola de milano, y el elemento de posicionamiento comprende un pasador (43) que se extiende desde el cuerpo en la ranura.

14. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 9, en la que la conexión en cola de milano (22, 23) está definida sustancialmente paralela al eje primario (28) del cuerpo (11) de la herramienta.

15. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 1 y que lleva una pluralidad de elementos de corte rotatorios redondos (15), cada uno montado en el cuerpo para rotación alrededor de un eje secundario (27) respectivo fijo con relación al eje primario (28).

16. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 1, en la que las situaciones de las posiciones de corte en los diferentes elementos de corte (15) de la herramienta son distintas que en una posición común a lo largo del eje primario (28) y en un radio común desde el eje primario (28).

17. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 16, en la que las posiciones de corte en los diferentes elementos de corte (15) están situadas en la herramienta en un sitio diferente que en un sitio común a lo largo del eje primario (28) y también en un radio distinto que en un radio común desde el eje primario (28).

18. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 16, en la que las posiciones de corte en los diferentes elementos de corte (15) tienen posiciones separadas respectivas a lo largo del eje primario (28).

19. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 16, en la que la separación a lo largo del eje primario (28) entre posiciones de corte de elementos contiguos es sustancialmente uniforme.

20. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 16, en la que las posiciones de corte en los diferentes elementos de corte (15) tienen distancias radiales separadas respectivas al eje primario (28).

21. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 16, en la que la separación radial del eje primario (28) entre posiciones de corte de elementos contiguos es sustancialmente uniforme.

22. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 15, en la que las posiciones de corte en los diferentes elementos (15) están decaladas entre sí en al menos una de las siguientes formas: axialmente a lo largo del eje primario (28) y radialmente del eje primario (28).

23. Una herramienta de taladrado de acuerdo con la reivindicación 15, en la que las posiciones de corte en los diferentes elementos (15) tienen la misma separación radial del eje primario (28) y están situadas en un plano común perpendicular al eje primario (28).

24. Un método de mecanización de un taladro de diámetro especificado en una pieza de trabajo de material especificado con un elemento (15) de corte rotatorio autopropulsado, que comprende los pasos de definir, con referencia a las propiedades del material de la pieza de trabajo, primeros valores operativos de velocidad de corte del elemento, profundidad de corte y tasa de alimentación axial; establecer para esos primeros valores operativos las relaciones de los ángulos de ataque axial y radial del elemento de corte con las fuerzas de corte tangencial, radial y axial y la velocidad angular y el par de torsión del elemento de corte (15); identificar los ángulos de ataque del elemento de corte para un par de torsión máximo en una dirección deseada alrededor de un eje de rotación del elemento de corte; establecer las fuerzas de soporte del elemento de corte (15) en los ángulos de ataque identificados; proveer una herramienta (10) de taladrado rotatoria que lleva un elemento de corte (15) rotatorio que tiene una posición de corte separada radialmente la mitad del diámetro de taladro especificado desde el eje de rotación de la herramienta y que tiene en la posición de corte los ángulos de ataque axial y radial identificados; y hacer funcionar la herramienta (10) a una velocidad angular que produce la velocidad de corte definida y a la tasa de alimentación axial definida para mecanizar el taladro en una pieza de trabajo de ese material especificado.

25. El método de acuerdo con la reivindicación 24, en el que el material especificado es hierro grafítico compactado, y los ángulos de ataque axial y radial son negativos.

26. El método de acuerdo con la reivindicación 25, en el que el ángulo de ataque axial es aproximadamente dos veces más negativo que el ángulo de ataque radial.

27. El método de acuerdo con la reivindicación 24, en el que la provisión de la herramienta (10) incluye el paso adicional de confirmar la adecuación estructural de un cuerpo (10) de herramienta que tiene un elemento de corte de tamaño especificado a los ángulos de ataque identificados.

28. El método de acuerdo con la reivindicación 24, que incluye desarrollar un modelo de simulación de fuerzas y utilizar tal modelo para identificar los ángulos de ataque del elemento de corte (15).