ES2572559T3 - Disposición de herramientas - Google Patents

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Abstract

Disposición de herramientas con una herramienta para atornillar (1) y un asiento de herramientas (7), en la que la herramienta para atornillar (1) presenta una rosca (4) para engranarse en una rosca complementaria (11) en el asiento de herramientas (7), caracterizada por que la rosca complementaria (11) y la rosca (4) presentan diferentes contornos de rosca que se adaptan unos a otros en el estado atornillado mediante deformación elástica.

Description

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DESCRIPCION
Disposicion de herramientas
La invencion se refiere a una disposicion de herramientas de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.
Por el documento US 2,328,602 se conoce una disposicion de herramientas de tipo generico, que se compone de una herramienta para atornillar y un asiento de herramientas configurado como husillo de maquina. Sobre la herramienta para atornillar esta dispuesta una rosca exterior configurada como rosca en diente de sierra que se engrana en una rosca interior correspondiente en el asiento de herramientas. En el lado frontal del asiento de herramientas esta prevista ademas una superficie de soporte conica para el apoyo centrico de una superficie opuesta correspondiente en la herramienta para atornillar. Una disposicion de herramientas de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 se conoce por el documento EP 1 847 345 A2.
En la union de herramientas para atornillar con un asiento de herramientas a traves de una rosca puede darse el problema de que, debido a una deformacion elastica de los flancos de rosca durante el atornillado y torsion, solamente pocas vueltas de rosca cerca de superficies de sujecion dispuestas asumen una funcion de soporte. Por ello la posible resistencia a la traccion de la rosca no puede aprovecharse, y la union no alcanza la estabilidad maxima. Esto es el caso en particular cuando rosca exterior y/o interior se componen de material quebradizo, como, por ejemplo metal duro o ceramica.
El objetivo de la invencion es crear una disposicion de herramientas con un asiento de herramientas y una herramienta para atornillar que posibilite una disposicion estable y de posicion exacta de la herramienta para atornillar en el asiento de herramienta.
Este objetivo se consigue mediante una disposicion de herramientas con las caracteristicas de la reivindicacion 1, una herramienta para atornillar de acuerdo con la reivindicacion 16, y un asiento de herramientas de acuerdo con la reivindicacion 17. Perfeccionamientos convenientes y formas de realizacion ventajosas de la invencion son objeto de las reivindicaciones dependientes.
En el caso de una disposicion de herramientas de acuerdo con la invencion, la rosca y la rosca complementaria correspondientes a esta presentan diferentes contornos de rosca, que se adaptan unos a otros en el estado atornillado mediante deformacion elastica. Esto tiene la ventaja de que en el atornillado, mediante una deformacion elastica de la rosca se genera una pretension a traves de una parte de la rosca, y durante la torsion se alcanza un diagrama de contacto regular de la rosca a traves de la longitud total de la misma. Por ello se utiliza la resistencia a la traccion de toda la rosca. Por contorno de rosca no ha de entenderse el contorno de un flanco de rosca sino el contorno de toda la rosca en la seccion longitudinal.
En una primera forma de realizacion ventajosa, la rosca y la rosca complementaria presentan una altura de paso diferente. La union de rosca puede seleccionarse en este caso de manera que el componente de rosca configurado como rosca exterior presenta una altura de paso mas pequena que la rosca interior que corresponde a aquella. Esto posibilita que los flancos de rosca se estiren elasticamente o se extiendan mediante el atornillado de tal manera que los contornos de rosca se adaptan unos a otros. Por tanto, todas las vueltas de rosca estan en contacto unas con otras y puede alcanzarse un diagrama de contacto homogeneo.
En una segunda forma de realizacion ventajosa, rosca y rosca complementaria pueden estar configuradas como rosca interior y rosca exterior conicas con diferentes angulos de conicidad. Por ello pueden alcanzarse asimismo un estiramiento o extension de determinadas zonas de rosca, y por tanto un diagrama de contacto homogeneo de la union de rosca. En una forma de realizacion particularmente preferente, el angulo de conicidad de la rosca interior es mayor que el angulo de conicidad de la rosca exterior. A traves de esa configuracion especial, la vuelta de rosca de la rosca exterior tiene un diametro mayor que la vuelta correspondiente de la rosca interior. A traves de los flancos de rosca preferentemente inclinados esta parte de la rosca exterior entra en contacto en primer lugar con la rosca interior y por tanto se tensa tambien en primer lugar. En el caso de una torsion de la rosca, esta zona se deforma elasticamente y los contornos de rosca se adaptan unos a otros. De esta manera puede alcanzarse un diagrama de contacto homogeneo.
La rosca exterior y la rosca interior correspondiente presentan de manera conveniente una profundidad de rosca que disminuye hacia el extremo libre del vastago roscado o hacia el extremo interior de la rosca interior. Sin embargo, las roscas tambien pueden presentar una profundidad de rosca constante.
En una configuracion ventajosa adicional, el asiento de herramientas presenta un manguito de insertion en el que esta previsto la rosca interior. Mediante la selection de un material adecuado para el manguito de insercion puede alcanzarse una amortiguacion frente a vibraciones. Ademas, por tanto el asiento de herramientas puede fabricarse de metal duro resistente, pero quebradizo, y el manguito de insercion con la rosca de acero mas blando, pero para ello mas bien elastico, lo que es favorable para una inmovilizacion segura de la union de rosca. Ademas, el asiento de herramientas puede adaptarse a traves de diferentes manguitos de insercion para el asiento de diferentes
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geometrias de herramientas para atomillar. El manguito de insercion puede componerse de una parte o varias partes que tambien pueden componerse de diferentes materiales. Se entiende que la rosca interior puede estar colocada en forma de un manguito de insercion tambien en la herramienta.
En una forma de realizacion ventajosa, en la herramienta para atornillar y el asiento de herramientas pueden estar formadas superficies de sujecion a traves de dos superficies de apoyo o de descanso conicas con angulos de conicidad diferentes. Por ello se crea una zona de soporte con un bicono que posibilita, con respecto a un apoyo plano o una superficie de apoyo recta una superficie de descanso aumentada y un mejor efecto de centrado y de soporte. Sin embargo, tambien es posible prever superficies de descanso planas, o en el empleo de una rosca conica, ninguna superficie de descanso.
La primera superficie de apoyo conica de la herramienta para atornillar que limita en la herramienta con una cabeza de herramienta, y la primera superficie de descanso conica respectiva en el lado frontal del asiento de herramientas presentan preferentemente un angulo de conicidad relativamente grande. Se ha acreditado como favorable un angulo de conicidad de 170°. En una configuracion preferente, a esta superficie en la herramienta para atornillar se una la segunda superficie de apoyo conica, y en el asiento de herramientas la segunda superficie de descanso conica respectiva. Esta segunda superficie de apoyo y la segunda superficie de descanso correspondiente a aquella presentan angulos de conicidad relativamente pequenos. En este caso un angulo de conicidad de 10° se ha acreditado como favorable. Sin embargo, tambien es posible prever entre las dos superficies conicas una zona intermedia, p.ej. cilindrica. Un bicono del tipo descrito con dos angulos de conicidad diferentes tiene la ventaja de que el angulo de conicidad pequeno posibilita un buen centrado de la herramienta para atornillar en el asiento de herramientas, y el angulo de conicidad grande un centrado adicional pero con fuerzas de expansion muy reducidas en el asiento de herramientas. Ademas, a traves de la primera superficie de apoyo conica se aumenta la rigidez de la herramienta, dado que la herramienta no puede deslizarse con carga radial, como es el caso con una superficie de apoyo plana.
En este caso, para la orientacion de la primera superficie de apoyo conica y de la primera superficie de descanso conica respectiva son posibles dos realizaciones. En una primera realizacion preferente se reducen los diametros de estas superficies conicas en la direccion de atornillado de la herramienta, es decir, los conos sobre los que se basan las dos superficies conicas que forman el bicono indican en la misma direccion. En esta forma de realizacion es posible una ligera expansion del asiento de herramientas a traves de las superficies conicas. En comparacion con una superficie de apoyo axial plana, en este caso la pretension de rosca con el angulo de atornillado aumenta menos intensamente, y por tanto es posible un ajuste mas exacto de la pretension en el montaje de la herramienta para atornillar. Dado que las herramientas para atornillar se fabrican al menos de una sola pieza de materiales muy duros la deformacion elastica de la rosca, necesaria para la inmovilizacion de rosca se limita en una gran parte a la deformacion de la rosca interior del asiento de herramientas. En cuanto a una vida util lo mas larga posible de un asiento de herramientas de este tipo es extremadamente importante por tanto un ajuste exacto de la pretension de rosca. Mediante un bicono del tipo descrito se posibilita una pretension de rosca exacta mucho mejor ajustable. En una configuracion posible adicional los diametros de la primera superficie de apoyo conica y de la primera superficie de descanso conica respectiva se aumentan en la direccion de atornillado de la herramienta, es decir, los conos sobre los que se basan las dos superficies conicas que forman el bicono indican en direcciones opuestas. Mediante una configuracion de este tipo del bicono se contrarresta una expansion del asiento de herramientas, dado que se contrarrestan las fuerzas radiales condicionadas por las superficies conicas. La ventaja especial de esta configuracion es que a traves de la expansion reducida del manguito con la rosca interior puede alcanzarse un par de apriete mas alto sin danar en este caso al manguito roscado.
En una manera ventajosa adicional, en el extremo libre del vastago roscado y de manera correspondiente tambien en el extremo interior de la rosca interior esta prevista una zona de soporte adicional con una superficie de apoyo adicional y una superficie de descanso adicional correspondiente. Esta superficie de apoyo adicional en el vastago roscado puede estar configurada, p.ej. esferica, mientras que la superficie de descanso adicional correspondiente puede estar realizada cilindrica. A traves de la superficie de apoyo esferica y la superficie de descanso cilindrica se alcanza en esta zona un contacto solamente parcial entre la herramienta para atornillar y el asiento de herramientas. De manera conveniente la superficie de apoyo esferica presenta una sobremedida con respecto a la superficie de descanso cilindrica, de manera que la pretension en esta zona de soporte adicional es independiente de la profundidad de atornillado. Sin embargo, tambien son concebibles otras configuraciones de la zona de soporte adicional. Asi, en la herramienta y el asiento de herramientas tambien pueden estar previstas en cualquier configuracion superficies de apoyo o superficies de descanso esfericas, conicas o cilindricas.
La rosca puede estar configurada como rosca exterior o interior, estando configurada entonces la rosca complementaria por consiguiente como rosca exterior o interior correspondiente.
El asiento de herramientas puede componerse por ejemplo de acero, metal duro, aluminio o un material compuesto de fibra, en particular con fibra de vidrio o de carbono.
De la siguiente descripcion de ejemplos de realizacion preferentes mediante el dibujo resultan peculiaridades y preferencias adicionales de la invencion. Muestran:
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la figura 1 una herramienta para atornillar en un corte longitudinal;
la figura 2 el asiento de herramientas en un corte longitudinal y la figura 3 la disposicion de herramientas en un corte longitudinal.
En la figura 1 se muestra una herramienta para atornillar 1 de la disposicion de herramientas en la vista seccionada. La herramienta para atornillar 1 presenta una cabeza de herramienta 2 configurada en este caso como fresadora de mando esferico y un vastago de herramienta 3 que se estrecha conicamente hacia atras. El vastago de herramienta 3, en el ejemplo de realizacion mostrado en este caso esta dividido en una zona roscada X con una rosca exterior 4, una primera zona de soporte Y exterior dispuesta entre la cabeza de herramienta 2 y la rosca exterior 4, y una segunda zona de soporte Z interior en el extremo libre del vastago de herramienta 3. Sin embargo, el vastago de herramienta 3 puede estar realizado tambien sin zona de soporte Y exterior adicional y/o sin zona de soporte Z interior.
La rosca exterior 4 en la zona roscada X se estrecha conicamente con el angulo de conicidad a. La primera zona de soporte Y exterior presenta una primera superficie de apoyo conica 5 para el apoyo en una superficie de descanso 6 de cono complementario en un lado frontal anterior de un asiento de herramientas 7, y una segunda superficie de apoyo conica 8 para el apoyo en una segunda superficie de descanso conica 9 en el interior del asiento de herramienta 7. Por ello se produce en la transicion entre la cabeza de herramienta 2 y la rosca exterior 4 un bicono que proporciona un mejor centrado y efecto de soporte elevado.
En la figura 2 se muestra el asiento de herramientas 7 que pertenece a la herramienta para atornillar 1. Este presenta una abertura de asiento 10 con una rosca interior 11. La rosca interior 11 esta configurada de manera conica y corresponde con la rosca exterior 4 de la herramienta para atornillar 1, aunque posee el angulo de conicidad p mayor con respecto al angulo de conicidad a. La altura de paso de la rosca exterior 4 y de la rosca interior 11 puede estar configurada igual. En el lado frontal delantero del asiento de herramientas 7 esta prevista la zona de soporte Y exterior con la primera superficie de descanso 6 para el apoyo en la primera superficie de apoyo 5 y con la segunda superficie de descanso conica 9 para el apoyo en la segunda superficie 8 de apoyo de la herramienta para atornillar 1. Tambien en el asiento de herramienta 7 esta dispuesta una abertura de alimentacion 13 coaxial al eje central 12 de la misma para la alimentacion de un fluido de trabajo hacia la abertura de paso 14 de la herramienta para atornillar 1.
Si la herramienta para atornillar 1 se inserta en la abertura de asiento 10 del asiento de herramientas 7, las vueltas de rosca de la rosca exterior 4 cercanos al extremo libre del vastago de herramienta en primer lugar se engranan con la rosca interior 11. Durante el atornillado, en primer lugar tambien esta parte de la union de rosca se extiende o se estira, de manera que en esta zona los flancos de rosca de la union de rosca se apoyan unos en otros. En la torsion de la union de rosca tambien las demas vueltas de rosca de la union de rosca se engranan entre si y se origina un diagrama de contacto homogeneo. Las cargas que se aplican a traves de la cabeza de herramienta a esta union de rosca se dividen de manera homogenea en los diferentes flancos de rosca, y se introducen en el asiento de herramientas. La union de rosca de esta disposicion de herramientas es por tanto extremadamente estable y efectiva. Para esta union de rosca son adecuadas especialmente roscas con superficies inclinadas, es decir roscas triangulares, roscas redondas, roscas en diente de sierra o similares.
No obstante, las ventajas descritas tambien pueden alcanzarse con una forma de realizacion adicional que esta mostrada en la figura 3. En esta forma de realizacion adicional, los diferentes contornos de rosca de la rosca exterior 4 y de la rosca interior 11 se alcanzan mediante una altura de paso de rosca diferente. En el caso de una union de rosca de este tipo, durante el atornillado se produce una extension o estiramiento de los flancos de rosca. El tamano de la extension o del estiramiento puede ajustarse a traves de la diferencia de las alturas de paso de rosca. Por tanto es posible generar de manera encauzada una pretension determinada dentro de la union de rosca para alcanzar un diagrama de contacto homogeneo de los flancos de rosca. La rosca exterior 4 en la figura 3 presenta una altura de paso de rosca menor que la rosca interior 11. Por ello se alcanza que la rosca exterior 4 se extiende durante el atornillado con la rosca interior 11, y la rosca interior 11 se extiende. Si esta union de rosca se retuerce, entonces mediante la extension o estiramiento durante el atornillado todas las vueltas de rosca se apoyan unas en a otras y se produce un diagrama de contacto homogeneo y una union muy estable. Para la rosca exterior y la rosca interior correspondiente pueden emplearse tanto formas de rosca conicas como tambien cilindricas que estan configuradas como roscas trapezoidales, roscas planas, roscas triangulares, roscas redondas, roscas en dientes de sierra o similares.
En la realizacion representada en la figura 3 de la disposicion de herramientas, la rosca exterior 4 de la herramienta para atornillar 1, y la rosca interior 11 correspondiente a aquella del asiento de herramientas 7 estan realizadas como roscas trapezoidales con un angulo de flanco de 30°. Sin embargo, la rosca exterior 4 de la herramienta para atornillar 1 y la rosca interior 11 correspondiente a aquella del asiento de herramienta 7 pueden estar realizadas tambien como roscas trapezoidales con otros angulos de flanco. En oposicion a las roscas convencionales en las que las vueltas de rosca presentan una profundidad de rosca constante, la rosca exterior 4 empleada en este caso presenta una profundidad de rosca que disminuye hacia el extremo posterior libre del vastago de herramienta 3.
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Tambien en el caso de la rosca interior 11 del asiento de herramienta 7 la profundidad de rosca disminuye desde la segunda superficie de descanso 9 hasta la segunda zona de soporte Z. Por ello se calculan las diferentes cargas a traves de la longitud de la rosca.
Por la figura 3 puede verse que la primera superficie de contacto 5 de la herramienta para atornillar 1, y la primera superficie de descanso 6 correspondiente del asiento de herramientas 7 estan inclinadas en cada caso 5° con respecto a un plano perpendicular a los ejes centrales en la direccion del extremo anterior de la cabeza de herramienta 2. Por ello la primera superficie de apoyo conica 5 y tambien la primera superficie de descanso 6 conica presentan un angulo de conicidad de al menos 140° y como maximo 179°, pero preferentemente 170°. El diametro de la segunda superficie de apoyo conica 8 de la herramienta para atornillar 1 y el diametro de la segunda superficie de descanso conica 9 del asiento de herramientas 7 se estrechan en la direccion de atornillado de manera que se produce un angulo de conicidad de al menos 1° e inferior a 90°, pero preferentemente 10°, lo que significa un angulo de las superficies conicas de 5° con respecto al eje central 12.
En las figuras esta mostrada ademas la segunda zona de soporte Z. Esta se forma por una superficie de apoyo esferica 15 adicional de la herramienta para atornillar 1 y una superficie de descanso 16 cilindrica correspondiente a aquella en el extremo de la abertura de asiento 10. La superficie de apoyo esferica 15 proporciona un contacto solamente parcial entre la herramienta para atornillar 1 y el asiento de herramientas 7. De manera conveniente la superficie de apoyo esferica 15 presenta una sobremedida con respecto a la superficie de descanso 16 cilindrica, de manera que la pretension en esta zona de soporte Z es independiente de la profundidad de atornillado. La segunda zona de soporte aumenta la estabilidad y la precision de concentricidad de la disposition de herramientas a traves del punto de apoyo adicional.
En el ejemplo de realization mostrado en la figura 3 se ensanchan los diametros de la primera superficie de apoyo conica 5 de la herramienta para atornillar 1 y de la primera superficie de descanso 6 conica correspondiente del asiento de herramientas 7 en la direccion de atornillado de la herramienta para atornillar 1. La primera superficie de apoyo 5 y la primera superficie de descanso 6 correspondiente estan inclinadas en cada caso 5° con respecto a un plano perpendicular al eje central 12 en la direccion del vastago de herramienta 3. Con ello, la primera superficie de apoyo conica 5, y tambien la primera superficie de descanso 6 conica presentan exactamente como en el ejemplo de realizacion de las figuras 1 y 2 un angulo de conicidad de 170°. La segunda superficie de apoyo conica 8 y la segunda superficie de descanso conica 9 se estrechan en un angulo de 5° con respecto al eje central 12, de manera que se produce un angulo de conicidad de 10°. A diferencia de las realizaciones de la figuras 1 y 2 los conos sobre los que se basan las dos superficies conicas que forman el bicono indican en direcciones opuestas.
La invention no esta limitada a los ejemplos de realizacion descritos anteriormente y representados en el dibujo. Asi, por ejemplo puede alcanzarse p.ej. un contorno de rosca diferente entre rosca exterior e interior tambien de otro tipo diferente al descrito. Ademas, en lugar del centrado de la herramienta para atornillar a traves de las superficies de centrado biconicas tambien puede emplearse una superficie de apoyo plana. En la forma de realizacion con la union de rosca conica puede renunciarse tambien totalmente a una superficie de apoyo adicional. Asi, sin embargo tambien es posible combinar entre si caracteristicas de los ejemplos de realizacion descritos. Asi, por ejemplo puede ser ventajoso configurar una union de rosca conica con diferentes angulos de conicidad y diferentes alturas de paso para alcanzar una pretension o torsion especialmente altas en la union de rosca.

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    REIVINDICACIONES
    1. Disposition de herramientas con una herramienta para atornillar (1) y un asiento de herramientas (7), en la que la herramienta para atornillar (1) presenta una rosca (4) para engranarse en una rosca complementaria (11) en el asiento de herramientas (7), caracterizada por que la rosca complementaria (11) y la rosca (4) presentan diferentes contornos de rosca que se adaptan unos a otros en el estado atornillado mediante deformation elastica.
  2. 2. Disposicion de herramientas de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que la rosca (4) y la rosca complementaria (11) presentan diferente altura de paso.
  3. 3. Disposicion de herramientas de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que la rosca (4) y la rosca complementaria (11) estan configuradas como rosca interior y rosca exterior conicas con diferentes angulos de conicidad (a; p).
  4. 4. Disposicion de herramientas de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizada por que el angulo de conicidad (p) de la rosca interior (11) es mayor que el angulo de conicidad (a) de la rosca exterior (4).
  5. 5. Disposicion de herramientas de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la rosca (4) o la rosca complementaria (11) estan dispuestas en un vastago roscado, y la rosca (4) y/o la rosca complementaria (11) contienen una profundidad de rosca que disminuye hacia el extremo libre del vastago roscado.
  6. 6. Disposicion de herramientas de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que el asiento de herramientas (7) o la herramienta para atornillar (1) contiene un manguito de insertion (1) en el que esta dispuesto la rosca interior (11).
  7. 7. Disposicion de herramientas de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que en la herramienta para atornillar (1) y el asiento de herramientas (7) esta dispuesta al menos una zona de soporte (Y) que esta formada por dos superficies (5, 8) de apoyo conicas o superficies (6, 9) de descanso conicas con diferentes angulos de conicidad.
  8. 8. Disposicion de herramientas de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizada por que las dos superficies de apoyo conicas (5, 8) o superficies de descanso (6, 9) limitan directamente unas con otras.
  9. 9. Disposicion de herramientas de acuerdo con las reivindicaciones 7 u 8, caracterizada por que la zona de soporte (Y) se forma mediante una primera superficie de apoyo conica (5) o superficie de reposo conica (6) que limita con la cabeza de herramienta (2), y una segunda superficie de apoyo conica (8) o superficie de descanso conica (9).
  10. 10. Disposicion de herramientas de acuerdo con la reivindicacion 9, caracterizada por que la primera superficie de apoyo conica (5) o superficie de descanso (6) presenta un angulo de conicidad de 170°, y la segunda superficie de apoyo conica (8) o superficie de descanso (9) presenta un angulo de conicidad de 10°.
  11. 11. Disposicion de herramientas de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizada por que el diametro de la primera superficie de apoyo conica (5) o de la superficie de descanso (6) aumenta en la direction de atornillado de la herramienta para atornillar o preferentemente disminuye.
  12. 12. Disposicion de herramientas de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que sobre la herramienta para atornillar y el asiento de herramientas esta prevista una zona de soporte (Z) con una superficie de descanso (16) adicional para el apoyo en una superficie de apoyo (15) adicional.
  13. 13. Disposicion de herramientas de acuerdo con la reivindicacion 12, caracterizada por que la superficie de apoyo (15) adicional presenta una sobremedida con respecto a la superficie de descanso (16) adicional, y por tanto en el montaje de herramienta para atornillar (1) y asiento de herramienta (7) se encaja a presion entre la superficie de apoyo (15) y la superficie de descanso (16).
  14. 14. Disposicion de herramientas de acuerdo con las reivindicaciones 12 o 13, caracterizada por que la superficie de descanso (16) adicional y la superficie de apoyo (15) adicional estan configuradas como superficies de apoyo o superficies de descanso cilindricas, esfericas o conicas.
  15. 15. Disposicion de herramientas de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la rosca (4) esta configurada como rosca interior o exterior y, por consiguiente, la rosca complementaria (11) como rosca exterior o interior.
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