ES2300786T3 - Broca. - Google Patents

Abstract

Broca compuesta de al menos dos filos de corte (7,8) y, en cada caso, procedente de los mismos en dirección al extremo de vástago (6), una ranura de viruta (9, 10) espiralada al menos parcialmente, caracterizada por canales de enfriamiento (13, 14) provenientes del extremo de vástago (6) y que se extienden continuamente paralelas al eje de herramienta (A), cuyas aberturas de salida (15, 16) están dispuestas en las ranuras de viruta (9, 10) y orientadas a los filos de corte (7, 8).

Description

Broca.

El invento se refiere a una herramienta para taladrar, en especial para materiales metálicos, compuesta de al menos dos filos de corte y, en cada caso, procedente de los mismos en dirección al extremo de vástago, una ranura de viruta espiralada al menos parcialmente. Una broca de este tipo se conoce, por ejemplo, del documento EP 0 750 960 B1.

Las herramientas para arrancar virutas, en especial brocas, se utilizan frecuentemente con medios refrigerantes lubricantes, suministrados al filo de corte o a los filos de corte a través de canales de enfriamiento. En la herramienta conocida del documento EP 0 750 960, desde un extremo del vástago se extiende un canal de enfriamiento central que se divide en múltiples subcanales, a los que se conectan en el extremo del lado cortante de la broca canales de derivación en forma de ranuras dobladas en ángulo recto. De este modo, el suministro del refrigerante es muy complicado.

El documento US 3.436.990 describe una broca con un canal de enfriamiento central, que se divide hacia la cabeza de broca anterior en subcanales orientados en forma oblicua hacia fuera respecto del eje longitudinal de la broca. El documento DE 101 57 450 A1 se ocupa del problema del suministro de refrigerante al extremo trasero del vástago de broca y dispone un inserto a través del que el refrigerante es suministrado al vástago de broca sin desviaciones granangulares.

El invento tiene el objetivo de crear una broca con un diseño especialmente sencillo y un suministro de refrigerante efectivo.

Este objetivo se consigue mediante una broca con las características de la reivindicación 1. Esta broca presenta al menos dos filos de corte y dos ranuras de viruta parcialmente en espiral, que se extienden desde el lado cortante de la broca en dirección al extremo de vástago. Cada filo de corte tiene asignado un canal de enfriamiento que se extiende de una abertura de entrada en el extremo del vástago hasta la abertura de salida en la ranura de viruta, de modo que el refrigerante o lubricante refrigerante es conducido en dirección longitudinal de la herramienta directamente al borde de corte. El canal de enfriamiento se extiende en toda su longitud de forma completamente o aproximadamente recta y está, al menos esencialmente, distanciado en forma paralela del eje de la herramienta.

Por una parte, la configuración completamente recta de los al menos dos canales de enfriamiento correspondientes a la cantidad de filos de corte, favorece una fabricación racional de la broca. Por otra parte, los canales de enfriamiento rectos continuos también tienen ventajas relativas al flujo, en especial en una lubricación a cantidad mínima que trabaja con una mezcla aire-aceite. En este caso, además del flujo con poca resistencia es especialmente relevante la falta de necesidad de desviaciones del refrigerante lubricante dentro de la broca. Se evita una separación de la mezcla aire-aceite como la que puede presentarse en especial en desviaciones en ángulo vivo. Consecuentemente, la herramienta puede utilizarse con cantidades de aceite especialmente reducidas, aun a velocidades de mecanización elevadas.

Otras ventajas de la herramienta resultan del hecho de que el refrigerante lubricante es suministrado al filo de corte desde la abertura de salida del canal de enfriamiento axialmente en receso respecto a la cabeza de la herramienta:

Es imposible cualquier debilitamiento de la herramienta en la zona especialmente solicitada mecánicamente de la cabeza de la herramienta, debido a las aberturas de los canales del refrigerante desplazadas hacia atrás en dirección al vástago de la herramienta. Preferentemente, la distancia axial entre el centro de la abertura de salida del canal de enfriamiento y el borde de corte que delimita el filo de corte sobre la circunferencia de la herramienta, es de no menos del 75% y no más del doble del diámetro de la herramienta.

Comparada con la salida en el lado exterior de la herramienta, la salida del refrigerante, al menos generalmente, en la dirección longitudinal de la herramienta, tiene la ventaja de que el enfriamiento y/o la lubricación ya es efectiva al aplicar la broca en la pieza a mecanizar. Contrariamente, en el caso de una abertura de salida dispuesta en la circunferencia de la herramienta, mediante la cual el lubricante refrigerante es desviado radialmente al exterior mediante una componente de movimiento, no alcanzan la efectividad deseada del refrigerante lubricante antes de que la broca ha penetrado, incluyendo la abertura de salida, la pieza a mecanizar.

En la operación con desprendimiento de viruta, preferentemente el lubricante refrigerante no da a través de los canales de enfriamiento directamente sobre el filo de corte, sino sobre la viruta formada en el mismo o entre la viruta y la superficie de desprendimiento. En vista de sección transversal de la herramienta, el ángulo de torsión entre la abertura de salida del canal de enfriamiento y el filo de corte es de no menos de 20º y no más de +45º, en especial no menos de 5º y no más de +15º. En este caso, el ángulo de torsión es definido como positivo cuando en la rotación de la herramienta la abertura de salida del canal de enfriamiento precede al filo de corte. En el filo de corte no enfriado directamente por el flujo del refrigerante lubricante que sale por las aberturas de salida de los canales de enfriamiento, pueden producirse temperaturas elevadas durante la operación de arranque de viruta. Ello es especialmente ventajoso al mecanizar materiales duros, porque de esta forma se aprovechan intencionalmente sus propiedades mecánicas típicamente muy dependientes de la temperatura. Mediante el chorro directo del refrigerante sobre la viruta, la misma es templada bruscamente, presentando con ello propiedades de fragmentación reducidas, en función del material a mecanizar. Con ello, se consigue en la forma deseada una transferencia a la viruta de gran parte del calor generado por el desprendimiento de viruta, así como una evacuación fácil de la viruta. Una parte del calor producido por el desprendimiento de viruta y transferido a la broca es mantenido relativamente reducido, de modo que durante la mecanización la broca se dilata sólo muy ligeramente. Ello posibilita al taladrar un grado de precisión de fabricación especialmente elevado.

Debido al recorrido excéntrico de los canales de enfriamiento se impide un debilitamiento de la herramienta en la zona de su eje. La estabilidad mecánica de toda la herramienta es influenciada esencialmente por la geometría de las ranuras de viruta. Preferentemente, el ángulo de torsión total de la ranura de viruta, es decir, el ángulo entre el lado de corte y el lado de vástago de la ranura de viruta, es de no menos de 90º y no más de 160º, en especial no menos de 120º y no más de 160º. Con ello, está dada en el lado de vástago de las ranuras de viruta una geometría transversal de la broca especialmente bien apropiada para absorber las fuerzas producidas por el desprendimiento de viruta. Las referencias angulares antes mencionadas se refieren a una herramienta de taladrado de corte dual. En brocas de corte dual o múltiple son favorables los ángulos de torsión totales más reducidos.

Preferentemente, las ranuras de viruta de la broca presentan en la zona de la cabeza de la broca un ángulo de hélice mayor que en la zona de cara al vástago. El ángulo de hélice creciente hacia la cabeza de la herramienta, también denominado ángulo de corte lateral, favorece una evacuación de viruta sencilla, mientras que el ángulo de hélice comparativamente reducido en la zona apartada de la cabeza de la herramienta permite una configuración completamente recta de los canales de enfriamiento, aun en realizaciones más largas de la broca como, por ejemplo, en profundidades de taladrado de más de tres veces el diámetro de la broca. Preferentemente, la broca es de ranurado recto en la zona adyacente al vástago.

La broca es de una o de múltiples piezas, por ejemplo constituida de insertos cortantes atornillados o soldados. Según una configuración preferente, la broca presenta un cuerpo de base y una cabeza de herramienta que puede colocársele encima. En este caso, los canales de enfriamiento se extienden, en forma preferente, exclusivamente a través del cuerpo de base. Con ello, los canales de enfriamiento no afectan la estabilidad mecánica de la cabeza de herramienta especialmente solicitada. De este modo, la broca también es apropiada en especial para intervalos de diámetros inferiores a los 16 mm. Preferentemente, la cabeza de herramienta es fijada al cuerpo de base sin atornilladura y, de esta forma, sujetada sin un debilitamiento de la sección transversal respectiva del cuerpo de base y de la cabeza de herramienta.

La particular ventaja del invento consiste en especial en que en una broca con una ranura de viruta parcialmente recta y parcialmente en espiral, un canal de enfriamiento excéntrico se extiende completamente recto y directamente dirigido a la viruta generada durante el mecanizado.

A continuación, se explican diferentes ejemplos de fabricación del invento en base a un dibujo, en el que muestran la:

figura 1, una broca, en vista lateral,

figura 2, la broca de la figura 1, en perspectiva,

figura 3a-3d, diferentes ejemplos de fabricación de brocas, en perspectiva,

figura 4, una cabeza de herramienta y, en detalle, un cuerpo de base de una broca compuesta por varias piezas,

figura 5, una vista desde arriba sobre la cabeza de herramienta de una broca,

figura 6, un detalle del cuerpo de base de la figura 4, en perspectiva,

figura 7, una vista desde arriba sobre el detalle del cuerpo de base de la figura 6,

figura 8, esquemáticamente diferentes secciones de broca,

figura 9, una vista posterior del cuerpo de base, según la figura 4,

figura 10, un detalle en perspectiva de un cuerpo de base con inserto postizo cabeza de herramienta,

figura 11, un esquema del suministro de refrigerante a la cabeza de herramienta, en una representación análoga a la figura 10, y

figura 12, una vista general de la herramienta, según la figura 11.

Las piezas correspondientes entre sí se designaron en las figuras con las mismas referencias.

La figura 1 y 2 muestran un primer ejemplo de fabricación de una broca 1, denominado también como herramienta, compuesta de un cuerpo de base 2 y una cabeza de herramienta 3. El cuerpo de base 2 es fabricado preferentemente de acero, la cabeza de herramienta 3 preferentemente de metal duro. A diferencia del ejemplo de fabricación mostrado, la broca 1 puede ser fabricada también de una pieza, por ejemplo de metal duro. Asimismo, la broca 1 puede presentar múltiples insertos recambiables, por ejemplo plaquetas de corte reversible. Como materiales para la broca 1 o partes de la misma pueden utilizarse todos los materiales usuales en la técnica del arranque de virutas, incluso cerámica. Para insertos de corte o recubrimientos es apropiado, por ejemplo, DPC (diamante policristalino) o NBC (nitruro de boro cúbico).

La broca 1 presenta un vástago 4 y, conectado al mismo, una parte cortante 5 que comprende la cabeza de herramienta 3. El vástago 4, cuyo extremo de vástago está señalado con la referencia 6, está ejecutado en el ejemplo de fabricación como un vástago cilíndrico. También son realizable formas de vástago distintas.

La cabeza de herramienta 3 presenta dos filos de corte 7, 8, desde los que se extiende en cada caso una ranura de viruta 9, 10 en dirección al extremo de vástago 6. Los bordes de corte formados en la transferencia entre los filos de corte 7, 8 y la circunferencia de herramienta de la broca 1 tienen la referencia 11, 12. Para el suministro de refrigerante a los filos de corte 7, 8 están dispuestos canales de enfriamiento 13, 14, cuyas aberturas de salida 15, 16 están dispuestas en las ranuras de virutas 9, 10. En la figura 1 es visible solamente la abertura de salida 15. La distancia axial a, respecto al eje de herramienta A, entre el centro de la abertura de salida 15 y los bordes de corte 11, 12 es aproximadamente 10% a 25% mayor que el diámetro de herramienta D de la broca 1.

Las figuras 3a a 3d muestran otros cuatro ejemplos de fabricación de una broca 1, diferenciándose cada una por la longitud de su parte cortante 5. En cada ejemplo de fabricación, el cuerpo de base 2 presenta una zona anterior en espiral de las ranuras de viruta 9, 10, en las que las mismas confluyen en la cabeza de herramienta 3. En la zona de la cabeza de herramienta 3, el ángulo de hélice \gamma (figura 1) es de más de 15º. Con ello, se garantizan fuerzas de desprendimiento de viruta reducidas, una buena conformación de viruta y una evacuación de viruta sencilla. A la zona en hélice o en espiral de las ranuras de viruta 9, 10 se conecta en la dirección al vástago 4 una zona ranurada recta, donde, en los ejemplos de fabricación mostrados, la zona en espiral, que dentro de una longitud de menos del doble del diámetro de herramienta D presenta un ángulo de hélice \gamma, confluyendo así en forma continua hacia la zona ranurada recta. Mientras que en los modelos de fabricación relativamente cortos de la herramienta 1 (figura 3a), la zona ranurada recta puede suprimirse, la misma, en modelos de fabricación más largos puede abarcar la mayor parte de la longitud de la parte cortante 5. En los ejemplos de fabricación, según las figuras 3a a 3d, la profundidad de taladrado máxima es 3, 5, 7 ó 10 veces el diámetro de la herramienta D. En todos los casos, los canales de enfriamiento 13, 14, de los que las ilustraciones muestran en cada caso solamente la abertura de salida 15 del canal de enfriamiento 13, son configurados en forma completamente recta, extendiéndose paralelos al eje de la herramienta A.

En la figura 4 se muestra en detalle un cuerpo de base 2, aproximadamente correspondiente a los ejemplos de fabricación conforme a las figuras 3a a 3d, así como una cabeza de herramienta 3 insertable en el cuerpo de base 2. Por ejemplo, en el documento Solicitud de Patente DE 102 07 257.4-14 aún no publicada, así como en la Solicitud Internacional correspondiente PCT/EP03/01526 se describen posibles formas de la cabeza de herramienta 3. Debido a la posibilidad de una fijación sin tornillo de la cabeza de herramienta 3 sobre el cuerpo de base 2, la broca 1 es apropiada, por ejemplo, para diámetros de broca menores de 12 mm. En la cabeza de herramienta 3 no existen canales de enfriamiento.

La figura 5 muestra una vista desde arriba sobre la cabeza de herramienta 3 de la broca 1 conforme a las figuras 1 y 2. La cabeza de herramienta 3 configurada como un inserto de corte de una sola pieza, presenta en función de la cantidad de filos de corte 7, 8, dos aletas 17, cada una apoyada en una pata 18 del cuerpo de base 2. De este modo, la cabeza de herramienta 3 puede insertarse en el cuerpo de base 2 a la manera de un cierre de bayoneta. El giro de la cabeza de herramienta 3 con respecto al cuerpo de base 2 es posible mediante una herramienta no mostrada, que agarra dos ranuras 19 de la cabeza de herramienta 3.

Como puede verse en la figura 5, cada filo de corte 7, 8 corta la sección de un canal de enfriamiento 13, 14. El ángulo entre el borde de corte 11, 12 y el centro del canal de enfriamiento 13, 14 está designado como ángulo de torsión \alpha y tiene, preferentemente, entre -5º y +15º.Los canales de enfriamiento 13, 14 se extienden perpendiculares al plano mostrado.

En la figura 6 se ven los canales de enfriamiento 13, 14 en el cuerpo de base 2, mostrados en detalle. Los canales de enfriamiento 13, 14 están distanciados del eje de herramienta A, y con ello de la zona transversal más débil del cuerpo de base 2, de modo que, aun con canales de enfriamiento 13, 14 relativamente grandes, la estabilidad mecánica del cuerpo de base 2 no es afectada en forma esencial. El diámetro del canal de enfriamiento d (figura 7) es más o menos el 10 a 15% del diámetro de herramienta D referido a la cabeza de herramienta 3.

En la figura 8 se representa esquemáticamente el recorrido de la ranura de viruta 9 a lo largo del eje de herramienta A. Se muestra el contorno de la ranura de viruta 9 en la zona de ranura recta conectada al vástago 4 y, con línea de trazos, el contorno de la ranura de viruta 9 en la zona del borde de corte 11. El ángulo total en el que la ranura de viruta es espiralada se indica como ángulo de torsión total \beta. En la figura 8 no se muestra la segunda ranura de viruta 10. El ángulo de torsión total \beta es dimensionado con 90 a 160º de tal modo que, en principio, un perfil transversal del cuerpo de base 2, que presenta una forma de doble T, absorbe las fuerzas de los filos de corte 7, 8 transmitidas al cuerpo de base en la zona ranurada en forma recta de cara al vástago 4, curvando levemente la broca 1.

\newpage

La figura 9 muestra una vista posterior del cuerpo de base 2 con los canales de enfriamiento 13, 14, cuyas aberturas de entrada 20, 21 están dispuestas en una ranura transversal 22 en el extremo de vástago 6. En forma simétrica al eje de herramienta A se encuentra un cono de centrado 23. Un suministro de refrigerante a esta zona no está previsto.

La figura 10 muestra en detalle otro ejemplo de fabricación de una broca 1, compuesta de un cuerpo de base 2 y una cabeza de herramienta 3. En este caso, las aberturas de salida 15, 16 se encuentran en el borde de las ranuras de viruta 9, 10, es decir, próximas a la zona de transición a la parte trasera 24 de la broca 1. En la figura 11 se muestra en forma esquematizada el recorrido de un chorro de refrigerante 25. Como puede verse en la representación, el chorro de refrigerante 25 se proyecta en proximidad del filo de corte 7, 8 sobre la cabeza de herramienta 3. La parte del chorro de refrigerante 25 que penetra la cabeza de herramienta 3 se muestra solamente a fin de clarificar geométricamente la dirección S del chorro de refrigerante, esencialmente paralelo al eje de herramienta A. En realidad, el chorro de refrigerante 25 se proyecta sobre la viruta producida en el filo de corte 7, 8, de forma que la misma es intensamente enfriada por medio del impacto directo inmediatamente después de la formación de la viruta. De esta forma, se impide ampliamente una transferencia de calor de la viruta a la broca 1. Al mismo tiempo, en el filo de corte 7, 8 puede conseguirse una temperatura elevada preferente, en especial en el arranque de viruta de materiales duros. Mediante la alineación del chorro de refrigerante 25 dentro de la sección transversal de la broca 1 a lo largo del eje de herramienta A, la refrigeración y lubricación ya es efectiva inmediatamente al aplicar la broca 1 a la pieza a mecanizar.

En la figura 12 se muestra, de modo análogo a la figura 11, la broca 1 con un chorro de refrigerante 25 esquematizado. Debido al paso completamente recto del refrigerante lubricante a través de la broca 1, tiene lugar un flujo de muy baja resistencia en el que no se producen efectos de separación de mezclas. De esta forma, la broca 1 es especialmente apropiada para una lubricación a cantidad mínima.

Lista de referencias

1

Broca

2

Cuerpo de base

3

Cabeza de herramienta

4

Vástago

5

Parte cortante

6

Extremo de vástago

7

Filo de corte

8

Filo de corte

9

Ranura de viruta

10

Ranura de viruta

11

Borde de corte

12

Borde de corte

13

Canal de enfriamiento

14

Canal de enfriamiento

15

Abertura de salida

16

Abertura de salida

17

Aleta

18

Pata

19

Ranura

20

Abertura de entrada

21

Abertura de entrada

22

Ranura transversal

23

Cono de centrado

24

Parte trasera

25

Chorro de refrigerante

A

Eje de herramienta

D

Diámetro de herramienta

a

Distancia

d

Diámetro del canal de enfriamiento

S

Dirección del chorro

\alpha

Ángulo de torsión

\beta

Ángulo de torsión total

\gamma

Ángulo de hélice.

Claims (11)

1. Broca compuesta de al menos dos filos de corte (7,8) y, en cada caso, procedente de los mismos en dirección al extremo de vástago (6), una ranura de viruta (9, 10) espiralada al menos parcialmente, caracterizada por canales de enfriamiento (13, 14) provenientes del extremo de vástago (6) y que se extienden continuamente paralelas al eje de herramienta (A), cuyas aberturas de salida (15, 16) están dispuestas en las ranuras de viruta (9, 10) y orientadas a los filos de corte (7, 8).

2. Broca, según la reivindicación 1, caracterizada por un ángulo de torsión total (\beta) de la ranura de viruta (9, 10) de no menos de 90º.

3. Broca, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por un ángulo de torsión total (\beta) de la ranura de viruta (9, 10) de no más de 160º.

4. Broca, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la ranura de viruta (9, 10) presenta un ángulo de hélice (\gamma) creciente en dirección al filo de corte (7, 8).

5. Broca, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la ranura de viruta (9, 10) presenta una zona no espiralada.

6. Broca, según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por un ángulo de torsión (\alpha) entre la abertura de salida (15, 16) del canal de enfriamiento (13, 14) y el filo de corte (7, 8) de no menos de -20º.

7. Broca, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por un ángulo de torsión (\alpha) entre la abertura de salida (15, 16) del canal de enfriamiento (13, 14) y el filo de corte (7, 8) de no más de 45º.

8. Broca, según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por una distancia axial (a) entre la salida de salida (15, 16) del canal de enfriamiento (13, 14) y un borde de corte (11, 12) que delimita el filo de corte (7, 8) sobre la circunferencia de la herramienta, de no menos del 75% del diámetro de herramienta (D).

9. Broca, según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por una distancia axial (a) entre la salida de salida (15, 16) del canal de enfriamiento (13, 14) y un borde de corte (11, 12) que delimita el filo de corte (7, 8) sobre la circunferencia de la herramienta, de no más del doble del diámetro de herramienta (D).

10. Broca, según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por una cabeza de herramienta (3) insertable sobre un cuerpo de base (2).

11. Broca, según la reivindicación 10, caracterizada porque la abertura de salida (15, 16) del canal de enfriamiento (13, 14) está dispuesta en el cuerpo de base (2).