ES2313040T3 - Elementos de insercion de herramienta de corte y metodos de fabricacion. - Google Patents

Abstract

Elemento de inserción de herramienta que comprende un cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción y una punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva, conteniendo la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva y el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción características geométricas de acoplamiento, caracterizado porque la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva comprende un material superabrasivo y el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción comprende un polímero termoplástico, polímero termoestable, cerámica o cermet, y en el que dicha punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva se retiene en el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción principalmente por fuerzas mecánicas derivadas de la deformación irreversible de las características geométricas de acoplamiento en la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva y/o el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción.

Description

Elementos de inserción de herramienta de corte y métodos de fabricación.

Antecedentes Campo de la invención

La presente invención se refiere a elementos de inserción de herramienta de corte, en los que una punta abrasiva que comprende un material superabrasivo se adhiere a un cuerpo de elemento de inserción mediante fuerzas mecánicas generadas mediante deformación irreversible de características geométricas de acoplamiento en la punta abrasiva y el cuerpo de elemento de inserción. La invención también se refiere a un método para formar tal elemento de inserción de herramienta de corte. Un elemento de inserción y un método según los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 13 se conoce a partir del documento US2944323.

Descripción de la técnica relacionada

A menudo se dota a las herramientas de mecanizado, corte, sierra o taladro de elementos de inserción desmontables que comprenden materiales convencionales tales como carburos cementados, cerámicas (por ejemplo, Si_{3}N_{4}, compuestos de TiC-Al_{2}O_{3}), y acero de alta velocidad. Como se muestra en la figura 1, el elemento 1 de inserción se sujeta firmemente y bloquea en un soporte 5 de herramientas mediante un tornillo u otro mecanismo 4 de sujeción. En operaciones de mecanizado, el elemento de inserción se mantiene en contacto con la pieza de trabajo y finalmente se desgasta hasta un punto en el que precisa sustitución. Los elementos de inserción son, por definición, una parte desechable del sistema de máquina herramienta.

Los materiales superabrasivos que contienen diamante (por ejemplo diamante policristalino o PCD, polycrystalline diamond) y/o nitruro de boro cúbico (por ejemplo nitruro de boro cúbico policristalino, PCBN, polycrystalline cubic boron nitride) proporcionan un rendimiento de mecanizado mejorado sobre los materiales convencionales (vida de herramienta, acabado de superficie, tolerancia, capacidad, etc.) y se usan también ampliamente como elementos de inserción de herramienta. Debido al alto coste material de los superabrasivos, se han desarrollado y optimizado técnicas de fabricación para reducir el uso (en mm^{2}) de superabrasivos en el elemento de inserción. Una técnica tal es la fabricación de "elementos de inserción de punta", que también se muestra en la figura 1. El elemento de inserción de punta está compuesto por un cuerpo 3 de elemento de inserción y una punta 2 abrasiva de material superabrasivo, estando fabricado el cuerpo de elemento de inserción normalmente de carburo cementado de tungsteno. La punta 2 superabrasiva se conecta a una esquina o borde del cuerpo de elemento de inserción mediante un procedimiento de soldadura fuerte. La soldadura fuerte proporciona suficiente fuerza de cohesión para resistir las fuerzas cortantes y el calor y es conveniente para conectar puntas abrasivas pequeñas.

El diamante policristalino ("PCD") y el nitruro de boro cúbico ("PCBN") se fabrican comúnmente adheridos a carburo cementado para formar un disco de dos capas, con PCD o PCBN por un lado y carburo cementado por el otro. Esto se hace para facilitar la fabricación del elemento de inserción mediante unión por soldadura fuerte. El lado del carburo de las puntas PCD o PCBN se suelda mediante soldadura fuerte de manera sencilla para formar soportes de punta de carburo para realizar los elementos de inserción soldados mediante soldadura fuerte de la técnica anterior. La soldadura fuerte directa de PCD o PCBN a carburo supone un reto puesto que el metal de la soldadura fuerte debe extenderse sobre y ligar materiales bastante diferentes.

Aunque el procedimiento de soldadura fuerte de la técnica anterior reduce el coste material para fabricar elementos de inserción superabrasivos, el procedimiento, y en particular la propia operación de soldadura fuerte, requiere mucho trabajo. En este procedimiento, como se ilustra en la figura 2, se mecaniza un disco 11 abrasivo mediante EDM, EDG, u otros procedimientos, a una forma deseada, tal como, un triángulo de 80º, formando una punta 12 abrasiva. Una cavidad de tamaño adecuado se esmerila en el cuerpo 13 de elemento de inserción para formar el lugar de conexión de la punta abrasiva. El borde inferior posterior de la punta abrasiva puede estar biselado para evitar la acumulación de tensiones en la otra esquina de otro modo afilada en la que la punta abrasiva coincidirá con el cuerpo 13 de elemento de inserción. En la siguiente etapa, un material de soldadura fuerte, normalmente una lámina 14, polvo o pasta de metal se sitúa entre la punta 15 abrasiva biselada y el cuerpo 16 de elemento de inserción con cavidad. Puede aplicarse un material decapante para inhibir la oxidación de la soldadura fuerte. El conjunto se calienta a una temperatura por encima del estado líquido del material de soldadura fuerte haciendo que se funda. Tras el enfriamiento, el metal se solidifica como una película delgada que liga la punta abrasiva y el cuerpo de elemento de inserción, formando el elemento 17 de inserción semiacabado. Los bordes del elemento de inserción pueden entonces esmerilarse a sus dimensiones y agudeza finales para producir el elemento 18 de inserción acabado. El procedimiento de soldadura fuerte requiere mucho trabajo porque el operario ha de prestar mucha atención a la superficie de contacto de unión, por ejemplo, la punta abrasiva, la capa de superficie de unión de soldadura fuerte, y el cuerpo de elemento de inserción, y la reposición de los materiales, cuando se funden, según sea necesario para asegurar una buena adhesión. La ubicación definitiva de la punta abrasiva dentro del cuerpo de elemento de inserción y la calidad de su unión puede ser variable debido al flujo variable del metal de la soldadura fuerte y la necesidad de su colocación manual.

Una dificultad en el procedimiento de soldadura fuerte es que los materiales de herramienta de diferente composición o tamaño de grano requieren con frecuencia diferentes condiciones de soldadura fuerte, por ejemplo, temperaturas, tiempos, formulaciones de metal de soldadura fuerte. Adicionalmente, los materiales diferentes de soldadura fuerte tales como una punta de nitruro de boro cúbico a un cuerpo de elemento de inserción de carburo cementado precisan aleaciones especiales de soldadura fuerte y condiciones que puedan unir ambos materiales simultáneamente en el mismo ciclo de procedimiento. Se sabe que PCBN y PCD son difíciles de humedecer con soldaduras fuertes a menos que se incorporen metales activos, tales como Ti o Fe, a la fórmula de metal. Tales metales activos son sensibles a la oxidación y pueden requerir el uso de una atmósfera inerte o un horno de vacío, o una soldadura fuerte por inducción muy rápida para mejorar la adhesión. También requieren temperaturas superiores que puedan llevar a la degradación del material superabrasivo.

Una desventaja adicional de los elementos de inserción soldados mediante soldadura fuerte de manera convencional es que una vez formados no pueden calentarse por encima de la temperatura de sublimación o de estado líquido del metal de la soldadura fuerte en las etapas de procesamiento subsiguientes, tal como, por ejemplo, recubrimiento por deposición química en fase de vapor (CVD, chemical vapor deposition) del elemento de inserción. Los metales de bajo punto de fusión usados en aleaciones de soldadura fuerte, tales como, Sn, Zn, son volátiles y la adhesión de la soldadura fuerte será deficiente y/o los componentes de vacío se contaminarán por el tratamiento térmico tras la soldadura fuerte. Adicionalmente, es posible dañar la punta abrasiva o cuerpo de elemento de inserción por el ciclo de expansión/contracción térmica durante la soldadura fuerte, siendo necesario mantener la temperatura y tiempo de soldadura fuerte en un mínimo. En algunos casos, no es posible volver a soldar mediante soldadura fuerte las puntas para corregir los defectos de soldadura fuerte o volver a esmerilar las puntas. Adicionalmente, el calor generado en la punta durante el corte puede dañar la unión por soldadura fuerte, permitiendo que la punta se desplace en el soporte, que a su vez interrumpirá la operación de corte.

Hay un número de referencias en la técnica anterior para herramientas especializadas que excluyen los requisitos de la soldadura fuerte, incluyendo la patente estadounidense nº 5.829.924 titulada "Cutting Tool with Insert Clamping Mechanism", la patente estadounidense nº 4.909.677 titulada "Throw Away Cutting Tool", la patente estadounidense nº 5.154.550 titulada "Throw Away Tipped Drill Bit", y la patente estadounidense nº 4.558.974 titulada "Tool System for Precision Slotting". Todas ellas se incorporan en la presente memoria por referencia. Las enseñanzas de la técnica anterior dependen de configuraciones geométricas exactas y complejas de un elemento de inserción y soporte de herramientas para asegurar que el soporte de herramientas en funcionamiento agarre el elemento de inserción de forma segura. Estas referencias emplean medios mecánicos para sujetar un elemento de inserción en un soporte de herramientas y no sujetar una punta abrasiva dentro del propio cuerpo de elemento de inserción.

Una solución para eliminar los requisitos de la soldadura fuerte en elementos de inserción con punta se puso a disposición comercial recientemente y se ilustra en la figura 3. El sistema del elemento de inserción incorpora un cuerpo de elemento de inserción reutilizable, en el que el cuerpo de elemento de inserción en si mismo actúa como elemento de sujeción para sujetar una punta abrasiva. Como se muestra, el cuerpo de elemento de inserción está seccionado por el plano vertical central, que conecta un conjunto de mordazas en una esquina a un orificio de descarga cerca de la esquina opuesta. El orificio de descarga y el corte vertical central permiten el movimiento reversible de las mordazas dentro del plano horizontal del cuerpo de elemento de inserción. El montaje del elemento de inserción se usa con un soporte de herramientas diseñado especialmente que fuerza al elemento de inserción de vuelta al interior de un bloque en v cuando el mecanismo de sujeción se tensa, apretando las mordazas en el cuerpo de elemento de inserción entre sí y para sujetar firmemente la punta abrasiva en su sitio durante la operación de mecanizado. El desmontaje del elemento de inserción del soporte de herramientas permite al cuerpo de elemento de inserción retroceder a su estado original, permitiendo que las mordazas se abran para poder desmontar y reemplazar la punta. Las puntas abrasivas se acaban por esmerilado (es decir, se biselan, afilan y/o rectifican) antes de sujetarlas en el cuerpo de elemento de inserción.

Debido a la naturaleza reutilizable de los elementos de inserción descritos anteriormente, la deformación del cuerpo de elemento de inserción y la fuerza de sujeción resultante deben ser reversibles. Si las mordazas en el cuerpo de elemento de inserción se abren haciendo palanca o se fuerzan entre sí de modo que el material del cuerpo de elemento de inserción llega a la esquina opuesta a las mordazas, no retrocederá a su estado original. Las puntas abrasivas de sustitución tendrían que fabricarse entonces con características de acoplamiento progresivamente mayores (o menores) para ajustarse al cuerpo de elemento de inserción, planteando una complejidad significativa en la fabricación de las puntas abrasivas y la aplicación del sistema del elemento de inserción. Otra desventaja es que el diseño limita al cuerpo de elemento de inserción a sujetar solamente una punta abrasiva. Por tanto, el elemento de inserción no puede colocarse por ejemplo, rotado en el soporte de herramientas para usar otra esquina como el borde de corte. Debe desmontarse y reequiparse con una punta abrasiva de sustitución, incrementando el período de inactividad en funcionamiento. Por último, con las puntas abrasivas acabadas por esmerilado por separado del cuerpo de elemento de inserción reutilizable, las diferencias dimensionales entre las puntas abrasivas se transmiten al elemento de inserción montado. Esto puede requerir el recalibrado del posicionamiento del borde de corte con respecto a la pieza de trabajo cada vez que la punta abrasiva se cambia, en caso contrario hay riesgo de transmitir diferencias dimensionales en puntas abrasivas a la parte que se mecaniza con una capacidad dimensional disminuida resultante y una tasa de desperdicio de partes aumentada.

Por consiguiente, hay una necesidad de un sistema de elemento de inserción mejorado, económico, conveniente y versátil que elimine los problemas y costes asociados con la soldadura fuerte sin la complejidad incrementada y la utilidad limitada de elementos de inserción no soldados mediante soldadura fuerte de la técnica anterior. Hay también una necesidad de un elemento de inserción que sea simple y dimensionalmente preciso, que requiera un mínimo esmerilado subsiguiente para el control de dimensión y afilado. Por último, hay una necesidad de un sistema de elemento de inserción que permita que los materiales de puntas abrasivas y cuerpo de elemento de inserción se seleccionen independientemente de su compatibilidad con la soldadura fuerte, permitiendo el esmerilado de los elementos de inserción montados, y permitiendo el procesamiento posterior a altas temperaturas (tal como, baño CVD o endurecimiento mediante procesamiento térmico).

Sumario

La presente invención se refiere a elementos de inserción de herramienta de corte, en los que una punta abrasiva que incluye un material superabrasivo se adhiere a un cuerpo de elemento de inserción mediante fuerzas mecánicas. Las fuerzas mecánicas se derivan por deformación irreversible de características geométricas de acoplamiento en la punta abrasiva y/o el cuerpo de elemento de inserción.

La presente invención se refiere adicionalmente a un procedimiento para formar elementos de inserción de herramienta de corte. El procedimiento incluye las etapas de adherir una punta abrasiva que incluye un material superabrasivo a un cuerpo de elemento de inserción mediante fuerzas mecánicas, derivadas de la deformación irreversible de características (o superficies) geométricas de acoplamiento en la punta abrasiva y/o el cuerpo de elemento de inserción.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un montaje de herramienta de una realización para el giro en vista superior y lateral.

La figura 2 es un diagrama que muestra el procedimiento de múltiples etapas al formar un elemento de inserción de herramienta soldado mediante soldadura fuerte de la técnica anterior.

La figura 3 es una imagen de un elemento de inserción soldado no mediante soldadura fuerte de la técnica anterior.

La figura 4 es un diagrama que ilustra una realización del procedimiento de la presente invención para adherir mecánicamente una punta abrasiva a un cuerpo de elemento de inserción, para formar una realización del elemento de inserción de herramienta de la presente invención.

Las figuras 5A y 5B muestran la vista superior de dos realizaciones de la presente invención, una realización de inmovilización y una realización de no inmovilización.

Las figuras 6A y 6B son imágenes que muestran vistas en perspectiva de elementos de inserción hechos mediante realizaciones de ajuste a presión de la presente invención.

La figura 7 es una vista en perspectiva de otra realización de la presente invención, en la que una punta abrasiva y un cuerpo de elemento de inserción tienen características circulares de acoplamiento e inmovilización para adhesión mecánica.

Las figuras 8A, 8B y 8C ilustran vistas de sección transversal de algunas de las realizaciones del elemento de inserción de la presente invención y las figuras 8D, 8E y 8F ilustran vistas superiores de algunas de las realizaciones de la presente invención.

La figura 9 es un gráfico que compara la vida de corte, en pulgadas de acero mecanizadas por 0,001'' de desgaste de flanco de punta, del elemento de inserción ajustado por presión utilizando una geometría de cola de milano de inmovilización en las figuras 5 y 6, con elementos de inserción soldados mediante soldadura fuerte en la técnica anterior.

La figura 10 es un gráfico que compara el rendimiento del mecanizado de las herramientas de la presente invención (como se muestra en las figuras 6 y 7) con las herramientas de la técnica anterior, medidas en pulgadas de acero retiradas por 0,001'' de desgaste de flanco.

Descripción detallada

El término "elemento de inserción" según se usa en la presente memoria, se refiere a piezas de carburo de tungsteno o material de corte alternativo sujeto mecánicamente, soldado mediante soldadura fuerte, soldadura dura, o soldado en posición sobre troqueles o herramientas de corte, y desechados cuando se desgastan, instalándose otros en su lugar. Un ejemplo se ilustra en la figura 1. Véase también A Dictionary of Machining (Eric N. Simmons, Philosophical Library, New York, 1972).

Como se utiliza en la presente memoria, el término "soporte de herramienta" se refiere al cuerpo rígido que sujeta un elemento o elementos de inserción firmemente en su lugar para que puedan utilizarse en una aplicación de giro, fresado, perforación, corte, o taladrado (véase por ejemplo las figuras 1, 5).

Según se usa en la presente memoria, el término "elemento de inserción en forma en forma de punta" se refiere a una herramienta de corte constituida por un cuerpo (en la presente memoria referido como el cuerpo de elemento de inserción y representado como elemento 3 en la figura 1) y una punta de alguna aleación de corte duro (a la que se hace referencia en la presente memoria como la punta abrasiva y que se representa como elemento 2 en la figura 1). Véase también A Dictionary of Machining. Los elementos de inserción en forma de punta permiten que materiales caros se usen económicamente para cortar materiales difíciles, mientras que en forma de herramienta maciza costarían
mucho.

Según se usa en la presente memoria, el término "características geométricas de acoplamiento" se refiere a características (o superficies) en un cuerpo de elemento de inserción y punta abrasiva que pueden unir (o permitir la unión de) dicho cuerpo de elemento de inserción y punta abrasiva mediante fuerzas mecánicas, por ejemplo, teniendo una punta una característica macho que está conformada para ajustar dentro de una característica hembra de otra pieza. Las características geométricas de acoplamiento pueden ser de contorno similar, por ejemplo, una característica macho circular que ajusta dentro de una característica hembra circular, o contornos heterogéneos, por ejemplo, una característica macho cuadrada que encaja dentro de una característica hembra circular. Si se dimensionan adecuadamente, las piezas macho y hembra pueden generar un ajuste con apriete.

Según se usa en la presente memoria, el término "ajuste con apriete" se refiere a un desajuste de tamaño entre características geométricas de acoplamiento que da como resultado la deformación de una o ambas características cuando se unen. La deformación, que puede ser elástica y reversible o plástica e irreversible, crea grandes fuerzas normales y de fricción entre las partes.

Según se usa en la presente memoria, el término "deformación reversible" se refiere al flujo del material en un cuerpo provocado por la aplicación de carga que está por debajo del límite elástico del material que comprende el cuerpo. Cuando se retira dicha carga (o, por ejemplo, se separan cuerpos ajustados a presión), el cuerpo volverá a sus dimensiones originales.

Según se usa en la presente memoria, el término "deformación irreversible" se refiere al flujo material en un cuerpo provocado por la aplicación de carga que está por encima del límite elástico del material que comprende el cuerpo. Cuando se retira dicha carga (o, por ejemplo, se separan los cuerpos ajustados a presión), el cuerpo no volverá a sus dimensiones originales.

Según se usa en la presente memoria, el término "características geométricas de inmovilización" se refiere a características geométricas de acoplamiento en la punta abrasiva y el cuerpo de elemento de inserción, en donde el área de sección transversal de la característica hembra es más pequeña a cierta distancia x que está más cercana al borde de corte en la punta abrasiva de lo que lo está a cierta distancia x + y, que está más lejos del borde de corte de la punta abrasiva. Ejemplos ilustrativos de geometrías de acoplamiento de inmovilización se representan en las figuras 5A, 41-44. Ejemplos ilustrativos de geometrías de acoplamiento que son de NO inmovilización se representan en la figura 5B, 45-48.

En la presente invención, las puntas abrasivas se adhieren mecánicamente a los cuerpos de elementos de inserción mediante fuerzas generadas a través de la deformación de características geométricas de acoplamiento en el cuerpo de elemento de inserción y punta abrasiva, creando elementos de inserción de cualquier variedad de forma, tamaño, o espesor, que puede unirse a una amplia variedad de soportes de herramientas para uso en aplicaciones de giro, fresado, perforación, serrado, o taladrado. El elemento de inserción unido mecánicamente novedoso de la presente invención puede contener múltiples puntas abrasivas (limitadas solamente por la forma del elemento de inserción) y no requiere elementos de sujeción externos, cuñas de cuerpo, ni restricciones de accesorios.

Puntas abrasivas para su uso en el elemento de inserción de herramienta de la invención. La punta abrasiva comprende un material superabrasivo. El material de la punta abrasiva puede usarse en aplicaciones de mecanizado, corte, o taladrado, y incluye, pero no está limitado a materiales tales como nitruro de silicio, carburo de silicio, carburo de boro, carburo de titanio-cerámicas de alúmina tales como carburo de titanio, óxido de aluminio fundido, óxido de aluminio cerámico, óxido de aluminio tratado térmicamente, alúmina-zirconia, óxidos de hierro, carburo de tántalo, óxido de cerio, granate, carburos cementados (por ejemplo WC-Co), diamante natural y sintético, óxido de zirconio, nitruro de boro cúbico, laminados de estos materiales, mezclas, y materiales compuestos de los mismos. Estos materiales pueden estar en forma de cristales únicos o cuerpos policristalinos sinterizados. Generalmente, la punta abrasiva es menos deformable (más dura) o más resistente a la abrasión que el material que comprende el material de la pieza de trabajo, y normalmente será más resistente a la abrasión que el material del cuerpo de elemento de inserción.

En una realización de la invención, la punta abrasiva puede tener un espesor que es similar al del cuerpo de elemento de inserción. Esta combinación permite el uso de los bordes de corte de parte superior y parte inferior de una punta abrasiva adherida mecánicamente. Estas puntas gruesas pueden tener la forma de cristales únicos, cuerpos policristalinos sinterizados, o cuerpos laminados con el material abrasivo en las capas superior e inferior del conjunto (figuras 6B, 72, 73, 75).

Los compactos abrasivos o piezas en bruto que comprenden diamante policristalino (PCD) o nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN) están disponibles comercialmente de varias fuentes, incluyendo Diamond Innovaciones, Inc. de Worthington, Ohio, con los nombres comerciales COMPAX y BZNt, respectivamente. Los compactos de PCBN y PCD pueden autoadherirse, o puede incluir una matriz de adhesión adecuada de aproximadamente el 5% al 80% en volumen. La matriz de adhesión normalmente es un metal tal como cobalto, hierro, níquel, platino, titanio, cromo, tántalo, cobre, o una aleación o mezcla de los mismos y/o carburos, boruros, o nitruros o mezclas de los mismos. La matriz, puede contener adicionalmente catalizadores de crecimiento o recristalización tales como de aluminio para CBN o cobalto para diamante.

En una realización de la invención, los compactos son discos de PCBN que tienen un espesor de 1 a 15 mm. En una segunda realización, los compactos de PCBN tienen preferiblemente un espesor de aproximadamente 1,6 a 6,4 mm. La conformación de los compactos puede realizarse a través procedimientos conocidos en la técnica incluyendo mecanizado por electroerosión (EDM, Electro Discharge Machining), esmerilado por electroerosión (EDG, Electro Discharge Grinding) láser, plasma, y chorro de agua. Las geometrías de las piezas cortadas pueden ser predeterminadas y controlarse por ordenador para mantener tolerancias estrictas.

En una realización, se da forma a la pieza en bruto de PCBN por medio de un chorro de agua abrasivo. En otra realización de la invención, la pieza en bruto de PCBN es atacada por láser en posiciones seleccionadas en la superficie según un patrón controlado por ordenador predeterminado, tal como, conformando una forma poligonal con dos de los lados formando un triángulo de 80º con 5,0 mm de longitud de borde de corte, y formando el resto de los lados rectos una forma en zigzag para la posterior inmovilización con la característica de acoplamiento en el cuerpo de elemento de inserción.

En una realización de la invención, la punta abrasiva tiene un borde de corte con una longitud "a" de 0,5 mm a 25,4 mm, que comprende ángulos de 20 a 90º en cualquier plano de referencia. En una segunda realización, la punta abrasiva es de espesor de aproximadamente 0,5 mm a 7 mm. La punta abrasiva puede tener una forma circular, ovalada, octagonal, hexagonal, o de anillo parcial o completo (78 en la figura 8D), o cualquier forma, o tamaño usado en herramientas de corte.

Pueden formarse elementos de inserción de múltiples puntas según la presente invención con puntas abrasivas ajustadas por separado tal como se ilustra en la figura 8B, insertándose puntas 74 desde lados opuestos de la característica hembra sobre el cuerpo 84 de elemento de inserción. Como alternativa, tal como se ilustra en las figuras 6B y 7, una única punta 31 abrasiva, de dos lados o maciza (es decir no soportada) con un espesor similar al del cuerpo 32 de elemento de inserción puede presionarse a través de toda la característica hembra para formar bordes de corte sobre la parte superior y la parte inferior del elemento de inserción.

En otra realización tal como se ilustra en la figura 8E, las puntas 79 abrasivas pueden insertarse en el cuerpo 87 de elemento de inserción en "orificios" sin punta visible en el borde o esquina. La cantidad de material de punta duro expuesto para el corte vendría determinada por esmerilado de acabado, eliminando por tanto la necesidad de preconformar la punta de manera precisa antes de montar el elemento de inserción, minimizando la cantidad de material duro que es necesario esmerilar.

Elemento de inserción de herramienta de la invención. La punta abrasiva según se describió anteriormente puede usarse en elementos de inserción de herramienta que tienen varias formas o formas tridimensionales conocidas en la técnica de mecanizado, incluyendo pero sin limitarse a designaciones de forma de elemento de inserción ANSI de, tal como se ilustra en las figuras 1 y 5, de cuadrado, triángulo, de diamante (de rombo tal como se ilustra en la figura 8F), de paralelogramo, hexágono, octágono, pentágono, de trígono, rectángulo, redonda tal como se ilustra en la figura 8D con el elemento 86 de inserción, forma de donut e inversa, y trapezoidal o cualquier espesor usado normalmente o tamaño de diámetro inscrito.

En una realización, el cuerpo de elemento de inserción de herramienta se esmerila en una variedad de formas incluyendo filos, chaflanes, escobillas (radios de múltiples antecuerpos), ángulos de desprendimiento, ángulos de holgura, y similares conocidos en la técnica sin límite. En otra realización de la invención, el cuerpo de elemento de inserción de herramienta puede incluir patrones de rotura de virutas, orificios de alineación, o chaflanes dentro o sobre su cuerpo.

El cuerpo de elemento de inserción comprende un polímero termoplástico, polímero termoestable, cerámica o cermet. El cuerpo de elemento de inserción puede comprender carburos cementados, acero, titanio, plástico, o cerámicas, siempre que sea lo bastante resistente y rígido para sujetar la punta abrasiva de manera rígida sometida a las fuerzas y al calor que conlleva la operación de corte, y que no se agriete en el montaje.

En otra realización más de la invención, el cuerpo de elemento de inserción incluye un material termoestable o material termoplástico moldeable a alta temperatura tal como polietirimida, poliamida, resina fenólica, y similares, que tiene propiedades térmicas, de ductilidad y resistencia suficientes para sujetar la punta con compresión adecuada durante el corte de metal.

En una realización, el material del cuerpo de elemento de inserción es un material que es resistente al calor, rígido (módulo alto), de alta resistencia, alta ductilidad y que se conforma fácilmente a una dimensión y forma precisas.

En algunos casos en los que se usa un material duro y rígido para el cuerpo de elemento de inserción, tal como, una cerámica o carburo de tungsteno cementado, y dependiendo del nivel de ajuste con apriete requerido para generar fuerzas de sujeción adecuadas, puede inducirse agrietamiento en tales materiales. En estos casos, puede usarse un material o característica intermedio para deformarse para proteger y reducir la tendencia a que los cuerpos de elemento de inserción duros y frágiles se agrieten en el montaje. Tal como se ilustra en la figura 8F, se proporcionan características 90 y 91 geométricas de acoplamiento intermedias entre la punta 89 abrasiva y el cuerpo 88 de elemento de inserción. La característica de acoplamiento intermedia puede incluir materiales tal como acero, titanio, o una calidad de carburo cementado con una tenacidad superior a la del material que constituye el cuerpo de elemento de inserción.

El cuerpo de elemento de inserción de la invención y la característica (hembra) correspondiente pueden formarse a través de cualquier procedimiento conocido en la técnica incluyendo EDM, EDG, láser, plasma, estampación, y chorro de agua. En otra realización de la invención, el soporte puede formarse a través de un procedimiento denominado compactación omnidireccional rápida (ROC, Rapid Omni directional Compaction), que es un procedimiento para consolidar polvos pro-aleados de alto rendimiento en una pieza completamente densa. El procedimiento ROC se da a conocer en la patente estadounidense número 5.594.931, para un procedimiento para producir formas con microestructuras finas.

Características geométricas del empalme. Hay un número ilimitado de disposiciones geométricas que pueden usarse para adherir la punta abrasiva al cuerpo de elemento de inserción en los elementos de inserción de la invención. Puesto que la punta abrasiva se maltrata más fuertemente durante la aplicación del elemento de inserción en un procedimiento de corte, es preferible, aunque no obligatorio, tener, por ejemplo, la característica geométrica sobresaliente macho en la punta abrasiva y la característica de acoplamiento hembra en el cuerpo de elemento de inserción. Esto coloca el material de punta abrasiva en compresión en lugar de en tracción.

Las Figuras 4-8 ilustran diversas realizaciones de la invención, en las que el cuerpo (32, 49, 83-88) de elemento de inserción tiene una abertura o característica hembra para alojar una punta (31, 41-48, 72-82) abrasiva con características geométricas de acoplamiento. Tal como se muestra, las características geométricas de acoplamiento pueden ser tanto de inmovilización como de no inmovilización. La figura 5B es un ejemplo de características (45-48) de no inmovilización. Las figuras 5A, 6, y 7 son ejemplos de características de inmovilización. En varias aplicaciones, se prefieren características de inmovilización respecto a las de no inmovilización, puesto que proporcionan fuerza de sujeción adicional a lo largo de todas las direcciones excepto la de inserción. La figura 6A es un ejemplo de una característica de inmovilización en forma de un empalme de cola de milano.

En otra realización más de la invención (no mostrada), la punta abrasiva tiene una espiga abocinada o un reborde, que se ajusta fuertemente con un casquillo de acoplamiento en el soporte para alojar el reborde en la punta abrasiva y formar un empalme de inmovilización. En otra realización más, la superficie de acoplamiento o empalme, puede tener una forma redondeada o patrón circular tal como se ilustra en las figuras 6B y 7, donde la forma circular mejora las tasas de corte y la tenacidad del empalme eliminando esquinas afiladas o radios ajustados. En otra realización, la punta 44 abrasiva tiene la forma de una "cuña". Esta geometría no incluye bordes afilados o esquinas ajustadas y por tanto se prefiere para conectar puntas abrasivas que son muy pequeñas en relación con el cuerpo de elemento de inserción.

El área de la punta abrasiva que está en contacto con el cuerpo de elemento de inserción puede variar dependiendo de la fuerza mecánica de sujeción requerida para la punta. Para aplicaciones de baja velocidad y alta tasa de corte, y herramientas de mecanizado no rígidas, puede requerirse una fuerza de sujeción superior. Una fuerza grande requiere un área de contacto más grande entre la punta abrasiva y el cuerpo de elemento de inserción y/o mayor apriete. El área de contacto puede ajustarse con la forma o simplemente la dimensión de esa porción de la punta que se usará únicamente para sujetar la punta. Los detalles de la punta abrasiva, tales como, la forma, el ángulo, el tamaño, el radio del antecuerpo etc., son independientes de los detalles del área de contacto de cuerpo de elemento de inserción usada para adherir la punta. Irregularidades dimensionales y de aspereza tales como, rebabas, rugosidad en la característica hembra del cuerpo de elemento de inserción y en la punta abrasiva pueden, en algunos casos, mejorar el agarre mecánico.

En una realización de la presente invención la punta abrasiva se ahúsa, por ejemplo, la parte superior o inferior es de dimensiones más pequeñas que la otra. El ahusamiento mejora la alineación de la punta abrasiva en la característica hembra del cuerpo de elemento de inserción antes de un ajuste a presión o por contracción. El ahusamiento puede ser de hasta 10 o más, prefiriéndose de 0,1 a 0,5 grados. Un ahusamiento excesivo disminuye la fuerza de adhesión mecánica promedio y la concentra en determinadas regiones de la punta abrasiva. La fuerza puede concentrarse demasiado y agrietar la punta o demasiado poco y permitir que la punta se desplace durante el corte. Un ahusamiento insuficiente dificulta el preajuste, aumentando la probabilidad de mala alineación y destrucción del soporte tras el ajuste a presión o por contracción. El ahusamiento puede ser de cualquier perfil incluyendo pero sin limitarse a lineal, redondeado o curvado, bilineal, o una combinación de formas.

Tal como se ilustra en las figuras 4, 6B, y 7, la característica hembra en el cuerpo de elemento de inserción puede extenderse a través de todo el espesor, formando por tanto un orificio o sección recortada y permitiendo que los bordes de corte estén tanto en la parte superior como la parte inferior de la punta abrasiva. En esta disposición, una única punta abrasiva puede proporcionar dos veces el número de bordes de corte, por ejemplo, los elementos de inserción de las figuras 6B y 7 pueden tener cuatro bordes de corte en lugar de dos. Como alternativa, pueden insertarse dos puntas 74 abrasivas en una única característica hembra en un cuerpo de elemento de inserción proporcionando bordes de corte en la parte superior y la parte inferior del elemento de inserción tal como se representa en la figura 8B. En otra realización tal como se ilustra en la figura 8C, la característica (76, 77) hembra sólo se extiende parcialmente a través del cuerpo de elemento de inserción. En otra realización más tal como se ilustra en la figura 8A, la característica (72, 73) hembra no penetra en la superficie de parte superior o de parte inferior del cuerpo de elemento de inserción.

Las superficies de acoplamiento pueden ser de geometría simple tal como se ilustra en la figura 8A entre la punta 72 y el cuerpo 83 de elemento de inserción, o de geometría más complejo como en el ejemplo roscado o dentado también ilustrado en la misma figura, entre la punta 73 y el cuerpo 83 de elemento de inserción. La dirección de acoplamiento de la característica hembra en el cuerpo de elemento de inserción y la característica correspondiente en la punta (72, 73) abrasiva puede ser horizontal tal como se ilustra en la figura 8A, o perpendicular tal como se ilustra en la figura 7, o de cualquier ángulo intermedio con respecto al plano del elemento de inserción.

Procedimiento para formar los elementos de inserción de la presente invención. En el procedimiento de la presente invención, la punta abrasiva se une, por ejemplo, se adhiere mecánicamente, al cuerpo de elemento de inserción a través principalmente de fuerzas "mecánicas" generadas mediante deformación irreversible de características geométricas de acoplamiento en el cuerpo de elemento de inserción y la punta abrasiva. Puede haber otras fuerzas, tales como, fuerzas adhesivas, que están presentes o se generan en el procedimiento de unión de la punta con el cuerpo de elemento de inserción. Sin embargo, son principalmente las fuerzas mecánicas las que sujetan de manera segura la punta abrasiva en el cuerpo de elemento de inserción. Las fuerzas mecánicas pueden generarse mediante varias técnicas.

En una realización de la presente invención, se usa una técnica sorprendentemente efectiva y sencilla tal como se ilustra esquemáticamente en la figura 4, para un empalme "de ajuste a presión" para fijar la punta en el cuerpo de elemento de inserción. Tal como se muestra en la figura, teniendo la punta 31 abrasiva y el cuerpo 32 de elemento de inserción características geométricas de acoplamiento se unen mecánicamente alineando las geometrías de acoplamiento y presionando las piezas entre sí a través de una fuerza aplicada. Se usa un control dimensional preciso de las características geométricas de acoplamiento para sujetar firmemente la punta 31 abrasiva en el cuerpo 32 de elemento de inserción, formando el elemento 33 de inserción semiacabado. El elemento 33 de inserción semiacabado puede entonces acabarse por esmerilado a la geometría 34 de herramienta final mediante métodos estándar conocidos en la técnica.

El cuerpo de elemento de inserción puede acabarse por esmerilado, pulirse, o mecanizarse adicionalmente de otro modo para eliminar irregularidades, asperezas, etc., en su forma para ayudar al ajuste. El esmerilado de acabado o conformación del cuerpo de elemento de inserción puede llevarse a cabo usando cualquiera de los procedimientos incluyendo pero sin limitarse a EDM por hilo (wire EDM, WEDM), fresado, sinterización de PM (polvos metalúrgicos), sinterización y forja, forja, estampación, colada, moldeo y similares.

En una segunda realización de la presente invención, la técnica usada puede ser un "ajuste con apriete" para una fuerza de sujeción que va a aplicarse a través de las características de acoplamiento en la punta abrasiva y el cuerpo de elemento de inserción. Para un ajuste con apriete, el área de sección transversal de la característica de acoplamiento macho es preferiblemente ligeramente más grande que la de la característica hembra en algún punto a lo largo de la dirección de inserción. El ajuste con apriete provoca la deformación irreversible de la característica de acoplamiento macho y/o hembra. La cantidad de deformación irreversible depende del grado del desajuste de tamaño y el límite elástico de los materiales de acoplamiento. En la práctica, la cantidad de deformación plástica puede controlarse a través de la elección apropiada de este desajuste de tamaño.

Un ajuste con apriete que da como resultado una deformación irreversible del cuerpo de elemento de inserción y/o la punta abrasiva se elige puesto que garantiza que la fuerza de adhesión entre dicha punta abrasiva y el cuerpo de elemento de inserción es más alta y más consistente (elemento de inserción - a - elemento de inserción) que si toda la deformación fuera elástica y reversible. Si se retirara y volviera a insertarse una punta abrasiva que se hubiera ajustado a presión de manera irreversible en un cuerpo de elemento de inserción, la reinserción requeriría menos fuerza que la requerida en el montaje original. La punta abrasiva y/o cuerpo de elemento de inserción se habrían deformado de manera irreversible, reduciendo el desajuste dimensional entre las características de acoplamiento macho y hembra después del desmontaje.

Debe observarse que la deformación irreversible en la punta abrasiva y/del cuerpo de elemento de inserción puede producirse también tras el ajuste a presión si las características de acoplamiento tienen asperezas dimensionales, rugosidad superficial, rebabas, arañazos, u otras irregularidades. Estas imperfecciones pueden dar como resultado áreas locales de alto esfuerzo, superando el límite elástico del material y dando como resultado una deformación elástica. Por este motivo, es deseable cierto nivel de aspereza dimensional, puesto que aumenta la fuerza de adhesión entre las características geométricas de acoplamiento.

En una tercera realización adicional de la presente invención, las fuerzas mecánicas para adherir la punta abrasiva al cuerpo de elemento de inserción se generan mediante una técnica de "ajuste por contracción". En esta técnica, se forman características geométricas de acoplamiento en el cuerpo de elemento de inserción y la punta abrasiva usando procedimientos conocidos en la técnica. Para un ajuste por contracción, las dimensiones de la característica hembra se dejan ligeramente más pequeñas que las de la característica macho. La característica hembra se calienta después a una temperatura que provoca expansión térmica que es suficiente para ajustar la característica macho a la característica de acoplamiento hembra. Tras enfriar el conjunto a temperatura ambiente, la punta abrasiva y el cuerpo de elemento de inserción están preferiblemente adheridos de manera firme entre sí. Las características geométricas de acoplamiento en las puntas abrasivas y/o el cuerpo de elemento de inserción se deforman de manera irreversible. El grado de deformación plástica depende del desajuste dimensional de las características de acoplamiento a temperatura ambiente. El ajuste por contracción puede conseguirse también por medio de un cambio de volumen en el material que comprende la punta abrasiva y/o el cuerpo de elemento de inserción que resulta de una transición de fase.

En una cuarta realización adicional de la presente invención, la punta abrasiva y el cuerpo de elemento de inserción pueden conformarse simultáneamente en una operación, empleando procedimientos conocidos en la técnica tales como co-sinterización o colada, inserción o sobremoldeo, o estampación, forja y similares. En una realización de esta técnica, la característica hembra en el cuerpo de elemento de inserción se punzona a través de o se estampa mediante la punta abrasiva, por ejemplo, de manera análoga a un clavo (la "punta abrasiva") en la madera (el "cuerpo de elemento de inserción"), eliminando por tanto la necesidad de preconformar la característica hembra de manera precisa.

En una realización de cualquiera de las técnicas anteriores, el elemento de inserción montado se calienta para contraer y endurecer adicionalmente el cuerpo de elemento de inserción para aumentar la compresión después del ajuste a presión y el enfriado. En una realización de este procedimiento, el cuerpo de elemento de inserción se precalienta o las puntas abrasivas se preenfrían para alterar su dimensión antes de un ajuste a presión y se aumenta la fuerza por tensiones termoelásticas.

En otra realización más de cualquiera de las técnicas anteriores, puede añadirse una cuña de tercer cuerpo suplementaria entre la punta abrasiva y el cuerpo de elemento de inserción para, por ejemplo, impedir la reacción elástica de la punta abrasiva hacia atrás fuera del cuerpo de elemento de inserción y aumentar la compresión de la punta. En otra realización más, después de establecer la adhesión mecánica a través de métodos descritos anteriormente, puede introducirse una soldadura por puntos (punto de soldadura fuerte o soldadura dura) para garantizar además que la punta de la herramienta se bloquea o sujeta firmemente en el soporte.

En otra realización más de cualquiera de las técnicas anteriores, una cuña en forma de una película adhesiva delgada o una lámina metálica delgada o revestimiento, tal como, Pb o Sn, se coloca en el cuerpo de elemento de inserción antes del ajuste a presión de la punta abrasiva, garantizando por tanto el contacto sin huecos en todas las superficies y aumentando la fuerza mecánica por adhesión. Las láminas de metal delgadas están disponibles comercialmente de diversas fuentes incluyendo Wesgo, Allied Signal, y Vitta en espesores que varían desde aproximadamente 0,0005 a 0,003 pulgadas o más. En otro ejemplo, se usa una pasta adhesiva, cera, o líquido en lugar de una lámina para garantizar un contacto sin huecos y añadir una fuerza adhesiva a la fuerza mecánica que sujeta la punta abrasiva en el cuerpo de elemento de inserción. Los materiales adhesivos para su uso en adhesión cerámica están disponibles comercialmente de varias fuentes, incluyendo Durit® líquido/polvo de adhesivo de metal de Bonadent, GmbH, y Ceramabond^{TM} de Aremco Products, Inc.

Las fuerzas superficiales procedentes de la deformación permanente de aspereza, fricción o adhesión pueden aprovecharse para mejorar la resistencia de la adhesión entre la punta abrasiva y el cuerpo de elemento de inserción. Sin embargo, las fuerzas superficiales pueden superar la resistencia a tracción de la punta abrasiva o el cuerpo de elemento de inserción, provocando un agrietamiento o astillamiento indeseable. En otra realización más de cualquiera de las técnicas anteriores, las fuerzas superficiales con tensiones resultantes no uniformes que pueden provocar virutas y grietas locales se mitigan usando lubricantes secos o húmedos tal como grafito, hBN, aceites, jabones metálicos. Estos u otros lubricantes pueden usarse para facilitar el ajuste de la punta abrasiva en el cuerpo de elemento de inserción sin reducir la acción de cuña y la fuerza mecánica debida a la deformación permanente de material.

En otra realización de la técnica de la presente invención, las fuerzas mecánicas para la adhesión de la punta abrasiva al cuerpo de elemento de inserción pueden generarse también usando un polímero moldeable a alta temperatura como cuerpo de elemento de inserción y directamente moldear el cuerpo de elemento de inserción alrededor de la punta abrasiva. Una contracción química posterior procedente de curado y/o contracción térmica crea una fuerza mecánica para sujetar la punta de manera rígida en el cuerpo de elemento de inserción. El moldeo puede ser cualquiera de los procedimientos conocidos en la técnica incluyendo colada, moldeo, y sobremoldeo, comoldeo o moldeo por inserción y puede aumentarse por compresión hidráulica. Un procedimiento de moldeo puede eliminar el coste de montaje y el coste de conformado de precisión del cuerpo de elemento de inserción y la punta abrasiva. En otra realización más de cualquiera de las técnicas anteriores, el elemento de inserción de herramienta puede procesarse además por procesamiento térmico para endurecer adicionalmente el elemento de inserción, tal como, calentando el elemento de inserción de herramienta a una temperatura de al menos 149ºC (300ºF). En otra realización adicional de cualquiera de las técnicas anteriores, la etapa de procesamiento adicional puede incluir revestir el elemento de inserción de herramienta a través de técnicas de revestimiento conocidas en la técnica, tales como, una técnica de deposición química en fase de vapor, una técnica de deposición física en fase de vapor, una técnica de pulverización térmica, una técnica de pulverización usando un pulverizador neumático, una técnica de inyección térmica, con una capa de revestimiento que comprende al menos uno de un nitruro, carburo, carbonitruro, óxido, boruro, u oxinitruro de elementos seleccionados de un grupo que consiste en B, Ti, Al, Si, Ga, metales duros refractarios, metales de transición, y metales de tierras raras, o complejos y combinaciones de los mismos. En una realización, la capa de revestimiento es al menos uno de nitruro de aluminio, nitruro de aluminio y titanio, nitruro de titanio, carbonitruro de aluminio y titanio, carburo de titanio, carburo de silicio, y nitruro de silicio. En otra realización, el revestimiento es nitruro de aluminio, aplicado a través de un procedimiento de CVD.

Aplicaciones del elemento de inserción mecánicamente adherido de la invención. Los elementos de inserción mecánicamente adheridos de la presente invención pueden utilizarse en varias operaciones de mecanizado incluyendo pero sin limitarse a herramientas de corte; herramientas de una único punto, herramientas de múltiples puntos tales como un taladro, un escariador, una fresa, un mandril, una sierra y un vástago, y herramientas de esmerilado. Estas incluyen aplicaciones que normalmente utilizan elementos de inserción soldados mediante soldadura fuerte o elementos de inserción macizos convencionales (tales como, carburos, cerámicas, etc.,), así como aplicaciones que normalmente no pueden usar elementos de inserción por varios motivos, incluyendo calidad de soldadura fuerte.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplos

Los ejemplos posteriores y tal como se ilustran en general por las figuras son meramente representativos del trabajo que contribuye a la enseñanza de la presente invención, y la presente invención no debe restringirse por los ejemplos que siguen.

Ejemplo 1

Dos elementos de inserción mecánicamente adheridos se preparan mediante la realización de ajuste a presión con geometría de cola de milano de acoplamiento e inmovilización similar a la que se representa en la figura 6A. El material de punta abrasiva está disponible de Diamond Innovaciones de Worthington, OH, como pieza en bruto BZN® HTM2100 en forma soportada sobre carburo con espesor de capa de PCBN de 1 mm (0,039'') y el espesor global de 3,2 mm (0,126''). Las puntas abrasivas con una esquina de corte de 80º y una longitud de pata de 5 mm a continuación se cortan de la pieza en bruto por WEDM. La característica de acoplamiento macho conformada en cola de milano es aproximadamente de 3,8 mm (0,149'') de ancho, 1,5 mm (0,059'') de profundidad, con esquinas de 45º. La característica de cola de milano se corta por WEDM con un ahusamiento de 0.1º para facilitar el ajuste en la característica hembra del cuerpo de elemento de inserción. La dirección del ahusamiento es desde la superficie de PCBN a la superficie de carburo, de modo que el lado de carburo de la característica macho es ligeramente más pequeño que el lado de PCBN. El material de cuerpo de elemento de inserción es acero para herramientas A2 no endurecido con dureza Rockwell A de 52 a 55. Los cuerpos de elemento de inserción con característica hembra se fabrican mediante WEDM a partir de placas de acero con espesor de 3,2 mm (0,126'') o 4,8 mm (0,189''). Después de situar manualmente el extremo de carburo de la punta abrasiva en ángulo recto en la abertura de la característica hembra, las piezas se presionan entre sí con una prensa manual de árbol.

Para los ejemplos comparables, se fabrican elementos de inserción soldados mediante soldadura fuerte de manera convencional a partir de cuerpos de elemento de inserción de carburo de tungsteno cementado y el mismo material PCBN, usando procedimientos estándar familiares para los expertos en la técnica. Los elementos de inserción ajustados a presión y soldados mediante soldadura fuerte se acaban entonces por esmerilado a través de técnicas estándar de esmerilado de elemento de inserción hasta lograr las especificaciones finales para un chaflán CNGA422 con 25º x 0,1 mm
(0.004'') y un filo ligero.

Los elementos de inserción se evalúan en una prueba de giro acelerado que simula un virador de forja OD. Todos los elementos de inserción se sujetan en un soporte de herramienta estándar, con inserción estándar en una torreta de máquina herramienta. Un cilindro de acero ranurado fabricado de acero endurecido 4340 HRC62-65, de 15,24 cm (seis pulgadas) de diámetro y 60,96 cm (dos pies) de largo, que comprende 6 ranuras, se mecaniza por girado en torno con los elementos de inserción. Todas las pruebas se llevan a cabo utilizando una profundidad de corte de 0,254 mm (0,010 pulgadas), una tasa de alimentación de 0,127 mm (0,005 pulgadas) por revolución, con una velocidad de corte de
110 m (361 pies) por minuto. Los elementos de inserción cortan la pieza de trabajo de acero a intervalos de un minuto, después de lo cual se mide el desgaste de flanco en pulgadas (un indicador de desafilado o desgaste de herramienta, que influye en la vida de corte de una herramienta).

Los resultados de la prueba de mecanizado se ilustran en la figura 9, que indica que los elementos de inserción de ajuste a presión de la presente invención tienen un rendimiento comparable a los elementos de inserción soldados mediante soldadura fuerte de la técnica anterior.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo 2

En este ejemplo, varios elementos de inserción de múltiples puntas, mecánicamente adheridos de la presente invención que tienen características circulares de acoplamiento similares a las representadas en la figura 7 se preparan usando los mismos procedimientos y materiales que en el ejemplo 1 a menos que se indique lo contrario.

Se fabrican siete elementos de inserción de dos puntas a partir de BZN* HTM2100 soportado sobre carburo de tungsteno y cuerpos de elemento de inserción con dos orificios desviados circulares en esquinas de 80º opuestas. Los orificios desviados son de 2,24 mm (0,088'') de diámetro y están desviados del borde del cuerpo de elemento de inserción 0,66 mm (0,026''). Dos puntas abrasivas de acoplamiento con ahusamiento de 0,3 a 0,5 grados están ajustadas a presión en cada cuerpo de elemento de inserción para producir elementos de inserción de dos puntas. Un elemento de inserción de cuatro puntas tal como se ilustra en la figura 6B se fabrica también con geometría idéntica sustituyendo las puntas abrasivas de HTM2100 soportado sobre carburo por una versión de HTM2100 especialmente preparada, maciza no soportada con un espesor de 4,8 mm (0,189''). Las dimensiones exactas de los cuerpos de elemento de inserción y las puntas abrasivas son de niveles variables de apriete, en el intervalo de 0,44 a 111,2 N (0,1 a 25 lbs-fuerza) con un apriete promedio de 0,005 mm (0,0002'') positivo y 0,008 mm (0,0003'') para la profundidad y la ID de la punta respectivamente.

Estos elementos de inserción se acaban por esmerilado para lograr las especificaciones finales para un CNGA432 con un chaflán de 25º x 0,1 mm (0,004'') con un filo ligero y sometido a la misma prueba de mecanizado descrita en el ejemplo 1.

La figura 10 compara datos de rendimiento de los elementos de inserción mecánicamente inmovilizados de la presente invención con herramientas soldadas mediante soldadura fuerte de manera convencional. Los resultados también muestran que la fuerza de presión y el hueco (en el ajuste punta abrasiva/cuerpo de elemento de inserción) en el intervalo seleccionado no juegan un papel importante en la vida útil de la herramienta, dentro de la incertidumbre normal de una prueba. Además, los elementos de inserción de la presente invención, dentro de los errores en la prueba, dan un rendimiento comparable al de los elementos de inserción soldados mediante soldadura fuerte de la técnica anterior.

Ejemplo 3

Un conjunto de ajuste a presión tomado del ejemplo 2 se calienta a 800ºC durante 2 hrs en un flujo de argón. El tubo del horno no está completamente purgado de aire ambiental, de modo que el elemento de inserción está visiblemente oxidado pero sin virutas o agrietado. Una inspección visual muestra que la punta abrasiva todavía está fuertemente sujeta en el cuerpo de elemento de inserción.

El elemento de inserción ajustado a presión tratado térmicamente a continuación se prueba en la misma prueba de girado en torno descrita en el ejemplo 1. La tasa de desgaste del elemento de inserción ajustado a presión tratado térmicamente es comparable a la de los conjuntos ajustados a presión no calentados de los ejemplos 1 y 2, es decir, sin aumento perjudicial del desgaste de flanco, demostrando por tanto la viabilidad de procesamiento térmico del conjunto de elemento de inserción ajustado a presión novedoso de la presente invención.

Algunas de las realizaciones preferidas se han expuesto en esta descripción con fines ilustrativos.

Claims (23)

1. Elemento de inserción de herramienta que comprende un cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción y una punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva, conteniendo la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva y el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción características geométricas de acoplamiento, caracterizado porque la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva comprende un material superabrasivo y el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción comprende un polímero termoplástico, polímero termoestable, cerámica o cermet, y en el que dicha punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva se retiene en el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción principalmente por fuerzas mecánicas derivadas de la deformación irreversible de las características geométricas de acoplamiento en la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva y/o el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción.

2. Elemento de inserción de herramienta según la reivindicación 1, en el que las características geométricas son de inmovilización.

3. Elemento de inserción de herramienta según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que al menos una punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva adicional se retiene en el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción para formar un elemento de inserción de herramienta de múltiples puntas.

4. Elemento de inserción de herramienta según cualquier reivindicación anterior, en el que la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva comprende un material seleccionado del grupo que consiste en nitruro de silicio, carburo de silicio, carburo de boro, carburo de titanio, óxido de aluminio fundido, óxido de aluminio cerámico, óxido de aluminio tratado térmicamente, alúmina zirconia, óxidos de hierro, carburo de tántalo, óxido de cerio, granate, carburos cementados, diamante natural y sintético, óxido de zirconio, nitruro de boro cúbico, laminados de los mismos, mezclas, y materiales compuestos de los mismos.

5. Elemento de inserción de herramienta según cualquier reivindicación anterior, en el que el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción comprende un carburo cementado.

6. Elemento de inserción de herramienta según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción comprende un material seleccionado del grupo que consiste en polímeros termoplásticos, polímeros termoestables, cerámicas y cermets.

7. Elemento de inserción de herramienta según cualquier reivindicación anterior, en el que el elemento de inserción de herramienta está revestido con al menos un material seleccionado del grupo que consiste en un nitruro, carburo, carbonitruro, óxido, boruro, o oxinitruro de elementos seleccionados de un grupo que consiste en B, Ti, Al, Si, Ga, metales
duros refractarios, metales de transición, y metales de tierras raras, o complejos y combinaciones de los mismos.

8. El elemento de inserción de herramienta según cualquier reivindicación anterior, en el que el elemento de inserción de herramienta comprende al menos un dispositivo adicional para mejorar las fuerzas de retención que retienen la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva en el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción.

9. Elemento de inserción de herramienta según la reivindicación 8, en el que el al menos un dispositivo adicional se selecciona del grupo que consiste en una soldadura por puntos, una película de metal delgada, una lámina, una lámina adhesiva, una cuña, y combinaciones de los mismos.

10. Cuerpo de elemento de inserción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que:

la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva comprende un material superabrasivo;

el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción comprende un polímero termoplástico, polímero termoestable, cerámica o cermet; y

las características geométricas son de inmovilización.

11. Elemento de inserción según la reivindicación 10, que comprende además una soldadura, película adhesiva, lámina metálica o revestimiento que aumenta las fuerzas mecánicas por adhesión.

12. Elemento de inserción según la reivindicación 10, que comprende además una cuña o soldadura que aumenta las fuerzas mecánicas.

13. Método para formar un elemento de inserción de corte de herramienta, comprendiendo dicho método:

Proporcionar una punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva y un cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción, teniendo cada uno características geométricas de acoplamiento; y

unir la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva al cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción

caracterizado porque la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva comprende un material superabrasivo y el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción comprende un polímero termoplástico, polímero termoestable, cerámica o cermet, y en el que dicha punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva se une al cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción a través de las características geométricas de acoplamiento respectivas que provocan una deformación irreversible en al menos una de las características de acoplamiento, proporcionando la deformación irreversible fuerzas mecánicas suficientes para sujetar la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva en el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción.

14. Método según la reivindicación 13, en el que la unión de la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva y el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción comprende además un ajuste a presión de las características geométricas de acoplamiento.

15. Método según la reivindicación 13, en el que la unión de la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva y el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción comprende además ajuste por contracción de las características geométricas de acoplamiento.

16. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, en el que la unión de la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva y el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción se produce por al menos uno de un moldeo, conformación, estampación, colada del cuerpo de elemento de inserción alrededor de la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva, y combinaciones de los mismos.

17. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, en el que las características geométricas de acoplamiento tienen dimensiones que crean un ajuste con apriete.

18. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17, en el que las características geométricas de acoplamiento son de inmovilización.

19. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, en el que se proporciona al menos una punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva adicional con características geométricas de acoplamiento con el cuerpo de elemento de inserción, formando un elemento de inserción de herramienta de múltiples puntas.

20. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 19, que comprende además la etapa de tratar térmicamente el elemento de inserción de herramienta a una temperatura de al menos 300ºC.

21. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 20, que comprende además la etapa de revestir el elemento de inserción de herramienta con al menos uno de un nitruro, carburo, carbonitruro, óxido, boruro, u oxinitruro de elementos seleccionados de un grupo que consiste en B, Ti, Al, Si, Ga, metales duros refractarios, metales de transición, y metales de tierras raras, o complejos y combinaciones de los mismos.

22. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 21, que comprende además la etapa de proporcionar una soldadura por puntos, una película de metal delgada, una lámina, una lámina adhesiva, o una cuña para mejorar la fuerza de retención para retener la punta (2, 31, 41-48, 72-80, 82, 89) abrasiva en el cuerpo (3, 32, 49, 83-88) de elemento de inserción.

23. Método según la reivindicación 22, en el que dicho revestimiento está formado mediante una técnica seleccionada del grupo que consiste en una deposición física en fase de vapor, una deposición química en fase de vapor, un procedimiento por pulverización usando un pulverizador neumático, un procedimiento de pintado que emplea un rodillo, un procedimiento por pulverización térmico, un procedimiento por inyección térmico, y combinaciones de los mismos.